عنوان: پایان نامه بررسی سیستمهای استحصال انرژی امواج دریا، مهندسی مکانيک
رشته: پروژه تخصصی دوره کارشناسی،مهندسی مکانيک گرايش حرارت و سيالات
فرمت فایل: WORD (قابل ویرایش)
تعداد صفحه: 187
چکيده
گسترش فزآينده نيازبه انرژي، محدوديت منابع فسيلي، فاجعه آلودگي زيست محيطي، سوخت مواد فسيلي، گرم شدن هوا، اثر گلخانه اي، لزوم تعادل پخش گازهاي آلاينده و بسياري ازديگر عوامل سبب رويکرد دوباره علم به انرژي هاي تجديد پذير طبيعي شده است.
يکي از مهمترين راهاي بکارگيري انرژي هاي تجديد پذير، استفاده از انرژي موجود در امواج دريايي است؛، امکان استخراج انرژي از اقيانوس قرن ها انسان ها را وسوسه مي کرد، اگر چه در 200 سال اخير ايده ها و تلاش هايي براي استفاده از آن به وجود آمده اما فقط دهه 1970 به بعد بود که طرحهاي عملي اغاز گرديدند. به طور کلي اين طرههاي مدرن تبديل انرژي امواج ضمن اينکه داراي چند مانع زيست محيطي محدودي هستند اما برخي ديگر چشم انداز هاي موفقيت اميزي را در کاربردهاي دراز مدت نويد مي دهند، وجود بيش از 2500 کيلومترخط ساحلي در جنوب و شمال ايران اين کشور را به يکي از پتانسيل هاي منطقه در بحث جذب انرژي از امواج تبديل کرده است.
در اين پايانامه پس از ارائه وضعيت کلي انرژي ايران و جهان تا انتهاي قرن حاضر روش هاي جذب انرژي امواج، اعم از جزر و مد، انرژي امواج و انتخاب سيستم هاي مناسب براي سواحل ايران مورد بررسي قرار گرفته است.
فهرست
چکیده
فصل اول: اهمیت انرژی های تجدید پذیر
مقدمه
وضعيت انرژي در ايران و جهان
لزوم حرکت به سمت بهره گيري از انرژي هاي تجديد پذير
دورنماي توليد و مصرف انرژي در جهان
ضرورت زيست محيطي به کار گيري انرژي هاي تجديد پذير
جايگاه انرژي هاي تجديد پذير در کشور
دلايل ضرورت استفاده از انرژي هاي تجديد پذير در ايران
نتيجه گيري
فصل دوم: انرژی کشندی
تاريخچه مختصر نيروي جزر و مد
طبيعت منابع كشند
فيزيك جزر و مد
زمين و ماه
توليد برق
محاسبه توان خروجي از يك آببند مدي
عوامل فني
لارنس (LA Rance)
آببند Seven Barrage
آببند پيشنهادي مرسي Mersey Barrage
عوامل محيطي
تأثيرات زيستمحيطي
يكپارچگي
عوامل اقتصادي
پتانسيل انرژي كشندي
آببندهاي كشندي نتيجهگيري
استفاده از جريانهاي كشندي
توربينهاي جريان كشندي
معرفي سامانه توربين مناسب
توربين استرافلو
توربين حبابي
توربين S
توربين جريان متقاطع
ايران
نتيجه گيري
فصل سوم: انرژي موج
تاريخچة اخير
مطالعة موردي مقدماتي
TAPCHAN
ستونهاي آب نوسانكننده آبكند (gully) درخط ساحلي Islay
اصول فيزيكي انرژي موج
ويژگيها و توان موج
حالت دريا
تغييرات توان موج در نقاط مختلف
راستاي موج
در زير سطح آب چه ميگذرد؟
حركت به سوي آبهاي كمعمقتر
شكست
منابع انرژي موج
فناوري انرژي موج
سامانههاي ثابت
توربين ولز Wells
سامانههاي شناور
OWCها، BBDB و نهنگ
مخزن انرژي موج شناور (FWPV)
صدف
اردك
مار دريا
سامانههاي مهار شده
مبدل انرژي موج نوع پمپ شلنگي
مبدل شركت اينترپراجكت
اقتصاد
اثرات زيستمحيطي
انرژي موج براي مجتمعهاي پراكنده
انرژي موج براي شبكههاي برق وسيع
چشماندازهاي آينده
سامانه تبديل انرژي
RTT .
OpenHydro
نتيجه گيري
پیشنهادات
پیوست
منابع
فهرست اشکال
فصل اول: اهمیت انرژی های تجدید پذیر
شکل1-1 طرحواره توليد امواج از وزش باد بر روي سطح آب
شکل 2-1 روند توليد سوخت هاي فسيلي در جهان در قرن 21
شکل 3-1 سناريوي اول مصرف انرژي در 100 سال آينده
شکل 4-1 سناريوي دوم مصرف انرژي در 100 سال آينده
شکل 5-1 سناريوي سوم مصرف انرژي در 100 سال آينده
فصل دوم: انرژی کشندی
شكل 1-2 نماي طرح كشندي La Rance در فرانسه
شكل 2-2 اثر هنري پيشنهادي براي Severn Barrage
شكل 3-2 گردش نسبي زمين و ماه
شكل 4-2 تأثير خورشيد و ماه بر بزرگي مد روي زمين
شكل 5-2 پديده تمركز جريان مدي در Severn Estuary
شكل 6-2 توليد نيرو از جزر و مد
شكل 7-2 نمودار ترازهاي آب و خروجي توان براي سيستم توليد پسكشند ebb
شكل 8-2 نمودار ترازهاي آب و خروجي توان براي سيستم توليد غرقابي flood
شكل 9-2 نمودار ترازهاي آب و خروجي توان براي سيستم با عملكرد دوطرفه
شكل 10-2 ترسيم هنري يك مولد نيروي برق با استفاده از جزر و مد
شكل 11-2 توربين توپي (bulb Turbine) در La Rance فرانسه
شكل 2-12 توربوژنراتور طوقهاي trim generator turbine
شكل 13-2 توربين لولهاي
شكل 14-2 مصب ((Severn با امكان وجود حوضچه دوگانه double-basin
شكل 15-2 طرح آببند La Rance
شكل 16-2 بستاب La Rance (Coffer-dam) هنگام ساخت آببند
شكل 17-2 طرح آببند Severn Barrage
شكل 18-2 طرح پيشنهادي آببندMersey))در ليورپول انگلستان
شكل 19-2 منحنيهاي مد با و بدون آببند سورن
شكل 20-2 تراز آب و توان خروجي آببند سورن در طول يك سيكل مهكشند و كهكشند
شكل 21-2 قيمت الكتريسيته آببند سورن نسبت به درصد تخفيف سود وام
شكل 22- 2 برخي مكانهاي داراي پتانسيل آببند در انگلستان
شكل 23-2 برخي مكانهاي داراي پتانسيل اجراي پروژههاي انرژي كشندي در جهان
شكل 24-2 توربين پيشنهادي (Salter) به نام Polo
شکل25-2 طرح شماتيک توربين استرافلو
شکل26-2 طرح کلي يک نيروگاه حبابي
شکل27-2 طرح شماتيک توربين حبابي
شکل28-2 طرح شماتيک توربين جريان متقاطع
فصل سوم: انرژي موج
شكل 1-3 (a) كانال به تدريج تنگشونده براي تبديل انرژي موج TAPCHAN
شکل 1-3 (b) عكس هوايي TAPCHAN نروژي
شكل 2-3 مراحل ساخت انجام شده توسط Queen’s University و Wavegen
شكل 3-3 شرح قسمتهاي مختلف سامانه LIMPET نصب شده در جزيره Islay
شكل 4-3 عكس سامانه LIMPET OWC
شكل 5-3 ويژگيهاي يك موج ايدهآل
شكل 6-3 (a) ركورد يك موج معمولي دريا
شكل (b) دو ركورد از امواج در يك
شكل 7-3 دياگرام پراكندگي ارتفاع مؤثر موج (Hs)
شكل 8-3 توان موج ميانگين سالانه براي نقاط مختلف جهان محل در دو روز مختلف
شكل 9-3 يك رز راستا براي امواج
شكل 10-3 رفتار ذرات آب در زير سطح آب
شكل 11-3 امواج از آبهاي عميق به سمت كمعمق، پديده شكست
شكل 12-3 پديده تمركز حاصل از شكست در حوالي ساحل با سنگپوز (headland)
شكل 13-3 سايتهاي توان موج موردمطالعه در ETSU در انگلستان
شكل 14-3 شمايي از انواع گوناگون مدلهاي انرژي موج
شكل 15-3 تانك موج دانشگاه ادينبورگ اسكاتلند
شكل 16-3 توربين Wells
شكل 17-3 توربين ولز
شكل 18-3 وسيله ژاپن به نام Pendulor
شكل 19-3 مبدل انرژي موج شناور Whale
شكل 20-3 يك Backward Bent Duct Buoy (BBDB)
شكل 21-3 يك Floating Wave Power Vessel (FWPV)
شكل 22-3 (a) يك نمونه صدف (Clam) تحت تست
شكل 23-3 (a) مبدل انرژي موج اردك ادينبورگ
شكل 23-3 (b) مدل اردك در تانك موج
شكل 24-3 يک نمونه Pelamis
شكل 25-3 سامانه شناور Aqua Buoy
شكل 26-3 مبدل انرژي نوع موج گير .
شكل 27-3 مبدل انرژي نوع پمپ شيلنگ سوئدي
شكل 28-3 ارزيابي قيمت الكتريسيته توليدي از سامانههاي انرژي موج انگلستان
شكل 29-3 تركيب يكپارچه انرژي موج و ديزل ژنراتور .
شكل 30-3 كاربرد حسگرهاي ولتاژ و مقاومتهاي بار تخليه (dumploads)
شكل 31-8 اتصالات الكتريكي براي يك آرايه از سامانههاي انرژي موج
شكل 32-3 در دسترس بودن انرژي موج فصلي و تقاضاي برق در انگلستان
شکل 33-3 نمايي از سامانه RTT
شکل 34-3 طرح شماتيک از نصب سامانه RTT
شکل 35-3 تصويري از سامانه Open Hydro
شکل 36-3 تصويري از پايه نصب سامانه Open Hydro
فهرست جداول
فصل اول: اهمیت انرژی های تجدید پذیر
جدول 1-1 رشد تدريجي سهم انرژي هاي تجديد پذيراز توليد انرژي انگلستان در قرن 21
جدول 2-1 سهم انرژي هاي عاري از کربن از کل انرژي توليدي انگلستان در پايان قرن 21
جدول 3-1 ميزان مصرف انرژي در ايران وجهان درسال 2006
فصل دوم: انرژی کشندی
جدول 1-2 هزينههاي سرمايهگذاري و سالانه آببند سورن
جدول 2-2 هزينههاي توليد برق توسط آببند سورن
جدول 3-2 مقايسة هزينه و زمانهاي بازپرداخت سرماية توليد الكتريسيتة كشندي .
جدول 4-2 گمانهزني برخي از آببنديهاي كشندي در انگلستان
جدول 5-2 برخي نقاط دنيا براي اجراي پروژههاي انرژي كشندي
جدول8-2 انواع سامانه هاي توربين مورد استفاده در نيروگاه هاي جزر و مدي
جدول 6-2 انرژي پتانسيل قابل استحصال از جزر ومد در سواحل ايران
جدول 7-2
فصل 3: انرژي موج
جدول 1-3 شرايط موج اقيانوس آتلانتيك شمالي [اطلس]
جدول 2-3 منابع انرژي موج طبيعي و فني براي شمال و غرب سواحل انگلستان
مقدمه
گسترش فزاينده ي نياز به انرژي، محدوديت منابع فسيلي،فاجعه ي آلودگي زيست محيطي ناشي از سوخت مواد فسيلي، گرم شدن هوا و اثر گلخانه اي و بسياري از ديگر عوامل، سبب رويکرد دوباره علم به انرژي هاي تجديد پذير طبيعي شده است. به طور کلي مي توان انرژي هاي تجديد پذير را به بخش هاي زير تقسيم بندي نمود:
•انرژي خورشيدي
• انرژي اقيانوسي
• انرژي باد
•انرژي هسته اي
• انرژي سوخت هاي گياهي (زيست توده )
• انرژي زمين-گرمايي
• پيل هاي سوختي
• ساير منابع انرژي تجديد پذير
در ميان موارد ذکر شده،دريا و اقيانوس يکي از مهم ترين منابع انرژي تجديد پذير در دنيا به شمار مي روند به TWhطوري که در حاليکه مصرف کل انرژي جهان در سال هاي اخير بطور متوسط برابر با 000/15 تراوات ساعت در سال است، به گزارش آژانس بين المللي انرژي ميزان کل انرژي موجود در جريانات دريايي، امواج و انرژي ناشي از اختلاف چگالي آب اقيانوس ( بعلت اختلاف شوري و اختلاف حرارت ) برابر با 100000 تراوات ساعت در سال مي باشد.
اين مساله ميزان انرژي نهفته در اقيانوس ها را به خوبي نشان مي دهد به گفته کارشناسان از ميان اين انرژي عظيم نهفته در دريا ها و اقيانوس ها ، امکان توليد سالانه 100 تراوات ساعت انرژي تنها از امواج آبي قابل دسترس است، از طرفي وجود بيش از 2500 کيلومتر خط ساحلي در شمال و جنوب ايران، اين کشور را به يکي از پتانسيل هاي جذب انرژي از دريا تبديل کرده است.تلاش براي بهره گيري از انرژي موجود در امواج دريا پس از بحران نفتي دهه 1970 مورد توجه جوامع بين المللي قرار گرفت. [5]
انرژي موج را مي توان نوعي از انرژي خورشيدي در نظر گرفت.تغييرات دمايي ناشي از تابش خورشيد در سطح زمين سبب ايجاد باد ميگردد و با وزيدن باد بر روي آب هاي آزاد، امواج در درياها شکل مي گيرند.شکل (1-1) روند توليد امواج از وزش باد بر روي سطح آب را به صورت شماتيک نشان مي دهد.هرچند که مکانيسم دقيق توليد امواج دريا بسيار پيچيده است،مي توان گفت اين مکانيسم شامل 3 مرحله اصلي زير است :
1. وزش باد بر سطح آب که اين مساله سبب ايجاد تنش برشي روي آب مي شود،تقابل کشش سطحي و تنش برشي در اين مرحله سبب تشکيل امواج کوچک با طول موجي در مرتبه سانتي متر مي شود.
2. با شديد شدن قدرت وزش باد، جريان آشفته باد در نزديکي سطح آب سبب بوجود آمدن تنش ها وتغييرات نوساني توزيع فشار در سطح آزاد مي گردد. در اين حالت در نقاط پرفشار سطح آب پايين آمده و در نقاط کم فشار بالا مي آيد و بدين درترتيب امواج نامنظم سطح آب تشکيل مي گردند.
3. عامل مقاومت کننده در برابر ارتفاع موج ايجاد شده در اين شرايط نيروي وزن مي باشد.به همين دليل امواج ايجاد شده در اين وضعيت به همواج ثقلي موسومند.
وضعيت انرژي در ايران و جهان
بشر از ديرباز با بکارگيري انرژي هاي فراوان و در دسترس طبيعت، در پي گشودن دريچه اي تازه به سوي خويش بود تا از اين رهگذار، بتواند افزون بر آسانتر کردن کارها، فعاليت هاي خود را با کمترين هزينه و بالاترين سرعت به انجام رساند و گامي براي آسايش بيشتر بردارد. نخستين انرژي بکار رفته توسط بشر، انرژي خورشيد بود. انسان از نور و گرماي آفتاب بهره هاي فراوان مي برد؛تا آنجا که اين انرژِي جزيي جدايي ناپذير از فرآيند برخي صنايع گشت و حتي امروز نيز جايگاه خود را از دست نداده است.
لزوم حرکت به سمت بهره گيري از انرژي هاي تجديد پذير
دورنماي توليد و مصرف انرژي در جهان
کاهش ذخاير سوخت هاي فسيلي در جهان از مهم ترين عواملي است که سبب روي آوردن به انرژي هاي تجديدپذير گرديده است. شکل (1-2) روند توليد سوخت هاي در جهان در قرن 21 را نشان مي دهد. همانگونه که در شکل مشخص است ميزان توليد نفت تا حدود سال 2012 به حداکثر مقدار خود در حدود 70 ميليون بشکه در روز رسيده و سپس ميزان توليد به تدريج کاهش يافته تا در سال 2075 اين ميزان به صفر مي رسد. بر اساس اين نمودار همچنين توليد گاز حدوداً در سال 2040 به مقدار 65 ميليون بشکه در روز رسيده و س اين ميزان ب تدريج کاهش يافته و در سال 2085 به صفر مي رسد.
جايگاه انرژي هاي تجديد پذير در کشور
يکي از کليدي ترين مباحث در تامين انرژي داشتن برنامه اي براي تشخيص بهترين و مناسب ترين حامل در هر منطقه است که بر مبناي آن سبد انرژي هر کشوري مشخص مي شود.هرقدر اين سبد متنوع تر باشد اتکاي کشور به يک حامل انرژي خاص از بين مي رود، امنيت انرژي افزايش مي يابد و در نتيجه امکان حفظ و صيانت از منابع انرژي فسيلي به خصوص نفت و گاز بيشتر مي شود.اهميت اين مساله زماني روشن تر مي شود که منابع نفت ايران تا86 سال و منابع گازي آن تا 143 سال ديگر پايان مي پذيرد.