پایان نامه بررسی سیستمهای استحصال انرژی امواج دریا، مهندسی مکانيک | شبیه سازی، برنامه نویسی، پایان نامه

پایان نامه بررسی سیستمهای استحصال انرژی امواج دریا، مهندسی مکانیک

عنوان:  پایان نامه بررسی سیستمهای استحصال انرژی امواج دریا، مهندسی مکانیک

رشته:  پروژه تخصصی دوره کارشناسی‌،مهندسی مکانیک گرایش حرارت و سیالات

فرمت فایل: WORD (قابل ویرایش)

تعداد صفحه: ۱۸۷

چکیده
گسترش فزآینده نیازبه انرژی، محدودیت منابع فسیلی، ‏فاجعه آلودگی زیست محیطی، سوخت مواد فسیلی، گرم شدن هوا، ‏اثر گلخانه ای، لزوم تعادل پخش گازهای آلاینده و بسیاری ‏ازدیگر عوامل سبب رویکرد دوباره علم به انرژی های تجدید ‏پذیر طبیعی شده است.‏
‏ یکی از مهمترین راهای بکارگیری انرژی های تجدید ‏پذیر، استفاده از انرژی موجود در امواج دریایی است؛، ‏امکان استخراج انرژی از اقیانوس قرن ها انسان ها را ‏وسوسه می کرد، اگر چه در ۲۰۰ سال اخیر ایده ها و تلاش ‏هایی برای استفاده از آن به وجود آمده اما فقط دهه ۱۹۷۰ ‏به بعد بود که طرحهای عملی اغاز گردیدند. به طور کلی این ‏طرههای مدرن تبدیل انرژی امواج ضمن اینکه دارای چند مانع ‏زیست محیطی محدودی هستند اما برخی دیگر چشم انداز های ‏موفقیت امیزی را در کاربردهای دراز مدت نوید می دهند، ‏وجود بیش از ۲۵۰۰ کیلومترخط ساحلی در جنوب و شمال ایران ‏این کشور را به یکی از پتانسیل های منطقه در بحث جذب ‏انرژی از امواج  تبدیل کرده است.‏
در این پایانامه پس از ارائه وضعیت کلی انرژی ایران ‏و جهان تا انتهای قرن حاضر روش های جذب انرژی امواج، اعم ‏از جزر و مد، انرژی امواج و انتخاب سیستم های مناسب برای ‏سواحل ایران مورد بررسی قرار گرفته است.‏

فهرست
چکیده
فصل اول: اهمیت انرژی های تجدید پذیر
مقدمه
‏ وضعیت انرژی در ایران و جهان
لزوم حرکت به سمت بهره گیری از انرژی های تجدید پذیر ‏‏
دورنمای تولید و مصرف انرژی در جهان ‏‏
‏       ضرورت زیست محیطی به کار گیری انرژی های تجدید پذیر
‏       جایگاه انرژی های تجدید پذیر در کشور
دلایل ضرورت استفاده از انرژی های تجدید پذیر در ایران
نتیجه گیری
فصل دوم: انرژی کشندی
تاریخچه مختصر نیروی جزر و مد
طبیعت منابع کشند
فیزیک جزر و مد
زمین و ماه
تولید برق
محاسبه توان خروجی از یک آب‌بند مدی
عوامل فنی ‏‏
لارنس (‏LA Rance‏)
آب‌بند ‏‎  Seven ‎Barrage‏
آب‌بند پیشنهادی مرسی ‏Mersey Barrage‏ ‏‏
عوامل محیطی ‏‏
تأثیرات زیست‌محیطی
یکپارچگی
عوامل اقتصادی
پتانسیل انرژی ‏کشندی
آب‌بندهای کشندی نتیجه‌گیری
استفاده از جریان‌های کشندی
توربین‌های جریان کشندی
معرفی سامانه توربین مناسب
توربین استرافلو
توربین حبابی
توربین ‏S‏
توربین جریان متقاطع
ایران
نتیجه گیری ‏‏
فصل سوم: انرژی موج
تاریخچه اخیر
مطالعه موردی مقدماتی
TAPCHAN‏
ستون‌های آب نوسان‌کننده آبکند (‏gully‏) درخط ساحلی ‏Islay‏
اصول فیزیکی انرژی موج
ویژگی‌ها و توان موج ‏‏
حالت دریا
تغییرات توان موج در نقاط مختلف
راستای موج
در زیر سطح آب چه می‌گذرد؟
حرکت به سوی آب‌های کم‌عمق‌تر
شکست
منابع انرژی موج
فناوری انرژی موج
سامانه‌های ثابت
توربین ولز ‏Wells‏
سامانه‌های شناور
OWCها، ‏BBDB‏ و نهنگ ‏‏
مخزن انرژی موج شناور (‏FWPV‏) ‏‏
صدف
اردک
مار دریا
سامانه‌های مهار شده
مبدل انرژی موج نوع پمپ شلنگی
مبدل شرکت اینترپراجکت
اقتصاد
اثرات زیست‌محیطی
انرژی موج برای مجتمع‌های پراکنده
انرژی موج برای شبکه‌های برق وسیع ‏‏
چشم‌اندازهای ‏آینده
‏       سامانه تبدیل انرژی
‎ RTT        ‎‏.
OpenHydro‏
نتیجه گیری
‏       پیشنهادات ‏‏
‏       پیوست ‏‏
‏       منابع

فهرست اشکال
فصل اول: اهمیت انرژی های تجدید پذیر
شکل۱-۱ طرحواره تولید امواج از وزش باد بر روی سطح آب
شکل ۲-۱ روند تولید سوخت های فسیلی در جهان در قرن ۲۱ ‏‏
‏       شکل ۳-۱ سناریوی اول مصرف انرژی در ۱۰۰ سال آینده
‏        شکل ۴-۱ سناریوی دوم مصرف انرژی در ۱۰۰ سال آینده ‏‏
‏        شکل ۵-۱ سناریوی سوم مصرف انرژی در ۱۰۰ سال آینده
فصل دوم: انرژی کشندی
شکل ۱-۲  نمای طرح کشندی ‏La Rance‏ در فرانسه ‏‏
شکل ۲-۲  اثر هنری پیشنهادی برای ‏Severn Barrage‏
شکل ۳-۲  گردش نسبی زمین و ماه
شکل ۴-۲  تأثیر خورشید و ماه بر بزرگی مد روی زمین ‏‏
شکل ۵-۲  پدیده تمرکز جریان مدی در ‏Severn Estuary‏
شکل ۶-۲  تولید نیرو از جزر و مد
شکل ۷-۲  نمودار ترازهای آب و خروجی توان برای سیستم ‏تولید پسکشند ‏ebb‏
شکل ۸-۲  نمودار ترازهای آب و خروجی توان برای سیستم ‏تولید غرقابی ‏flood‏
شکل ۹-۲  نمودار ترازهای آب و خروجی توان برای سیستم با ‏عملکرد دوطرفه
شکل ۱۰-۲  ترسیم هنری یک مولد نیروی برق با استفاده از ‏جزر و مد
شکل ۱۱-۲  توربین توپی (‏bulb Turbine‏) در ‏La Rance‏ فرانسه ‏‏
شکل ۲-۱۲  توربوژنراتور طوقه‌ای ‏trim generator turbine‏ ‏‏ ‏
شکل ۱۳-۲  توربین لوله‌ای
شکل ۱۴-۲  مصب (‏‎(Severn‏ با امکان وجود حوضچه دوگانه ‏double‏-‏basin‏
شکل ۱۵-۲  طرح آب‌بند ‏La Rance‏
شکل ۱۶-۲  بستاب ‏La Rance ‎‏(‏Coffer‏-‏dam‏) هنگام ساخت آب‌بند
شکل ۱۷-۲  طرح آب‌بند ‏Severn Barrage‏
شکل ۱۸-۲  طرح پیشنهادی آب‌بندMersey)‎‏)در لیورپول انگلستان
شکل ۱۹-۲  منحنی‌های مد با و بدون آب‌بند سورن
شکل ۲۰-۲  تراز آب و توان خروجی آب‌بند سورن در طول یک ‏سیکل مهکشند و کهکشند
شکل ۲۱-۲  قیمت الکتریسیته آب‌بند سورن نسبت به درصد ‏تخفیف سود وام
شکل ۲۲- ۲ برخی مکان‌های دارای پتانسیل آب‌بند در انگلستان
شکل ۲۳-۲ برخی مکانهای دارای پتانسیل اجرای پروژه‌های ‏انرژی کشندی در جهان
شکل ۲۴-۲ توربین پیشنهادی (‏Salter‏) به نام ‏Polo‏
شکل۲۵-۲ طرح شماتیک توربین استرافلو ‏‏
شکل۲۶-۲ طرح کلی یک نیروگاه حبابی
شکل۲۷-۲  طرح شماتیک توربین حبابی
شکل۲۸-۲ طرح شماتیک توربین جریان متقاطع
فصل سوم: انرژی موج
شکل ۱-۳ (‏a‏) کانال به تدریج تنگ‌شونده برای تبدیل انرژی ‏موج ‏TAPCHAN‏
شکل ۱-۳ (‏b‏) عکس هوایی ‏TAPCHAN‏ نروژی
شکل ۲-۳  مراحل ساخت انجام شده توسط ‏Queen’s University‏ و ‏Wavegen‏
شکل ۳-۳  شرح قسمت‌های مختلف سامانه ‏LIMPET‏ نصب شده در ‏جزیره ‏Islay‏
شکل ۴-۳ عکس سامانه ‏LIMPET OWC‏ ‏‏
شکل ۵-۳ ویژگی‌های یک موج ایده‌آل
شکل ۶-۳ (‏a‏) رکورد یک موج معمولی دریا
شکل (‏b‏) دو رکورد از امواج در یک
شکل ۷-۳ دیاگرام پراکندگی ارتفاع مؤثر موج (‏Hs‏) ‏‏
شکل ۸-۳  توان موج میانگین سالانه برای نقاط مختلف جهان ‏محل در دو روز مختلف
شکل ۹-۳  یک رز راستا برای امواج
شکل ۱۰-۳ رفتار ذرات آب در زیر سطح آب
شکل ۱۱-۳ امواج از آب‌های عمیق به سمت کم‌عمق، پدیده شکست
شکل ۱۲-۳ پدیده تمرکز حاصل از شکست در حوالی ساحل با ‏سنگپوز (‏headland‏)
شکل ۱۳-۳ سایت‌های توان موج موردمطالعه در ‏ETSU‏ در ‏انگلستان
شکل ۱۴-۳ شمایی از انواع گوناگون مدل‌های انرژی موج
شکل ۱۵-۳ تانک موج دانشگاه ادینبورگ اسکاتلند
شکل ۱۶-۳ توربین ‏Wells‏ ‏‏‏
‏       شکل ۱۷-۳ توربین ولز ‏‏
‏       شکل ۱۸-۳ وسیله ژاپن به نام ‏‎  ‎Pendulor‏
شکل ۱۹-۳ مبدل انرژی موج شناور ‏Whale‏
شکل ۲۰-۳ یک ‏Backward Bent Duct Buoy ‎‏(‏BBDB‏)
شکل ۲۱-۳ یک ‏Floating Wave Power Vessel ‎‏(‏FWPV‏)
شکل ۲۲-۳ (‏a‏) یک نمونه صدف (‏Clam‏) تحت تست ‏‏
‏ شکل ۲۳-۳ (‏a‏) مبدل انرژی موج اردک ادینبورگ
‏       شکل ۲۳-۳ (‏b‏) مدل اردک در تانک موج
شکل ۲۴-۳  یک  نمونه ‏Pelamis‏ ‏‏
شکل ۲۵-۳ سامانه شناور ‏Aqua Buoy‏ ‏‏
شکل ۲۶-۳ مبدل انرژی نوع موج گیر ‏‏.
شکل ۲۷-۳ مبدل انرژی نوع پمپ شیلنگ سوئدی
شکل ۲۸-۳ ارزیابی قیمت الکتریسیته تولیدی از سامانه‌های ‏انرژی موج انگلستان
شکل ۲۹-۳ ترکیب یکپارچه انرژی موج و دیزل ژنراتور ‏‏.
شکل ۳۰-۳  کاربرد حس‌گرهای ولتاژ و مقاومت‌های بار تخلیه ‏‏(‏dumploads‏)
شکل ۳۱-۸ اتصالات الکتریکی برای یک آرایه از سامانه‌های ‏انرژی موج
شکل ۳۲-۳ در دسترس بودن انرژی موج فصلی و تقاضای برق در ‏انگلستان
شکل ۳۳-۳ نمایی از سامانه ‏RTT‏ ‏‏
شکل ۳۴-۳ طرح شماتیک از نصب سامانه ‏RTT‏
شکل ۳۵-۳ تصویری از سامانه ‏Open Hydro‏
شکل ۳۶-۳ تصویری از پایه نصب سامانه ‏‎  Open Hydro‏

فهرست جداول ‏
فصل اول: اهمیت انرژی های تجدید پذیر
جدول ۱-۱ رشد تدریجی سهم انرژی های تجدید پذیراز تولید ‏انرژی انگلستان در قرن  ۲۱
جدول ۲-۱ سهم انرژی های عاری از کربن از کل انرژی تولیدی ‏انگلستان در پایان قرن ۲۱
جدول ۳-۱ میزان مصرف انرژی در ایران وجهان درسال ۲۰۰۶ ‏‏
فصل دوم: انرژی کشندی
جدول ۱-۲  هزینه‌های سرمایه‌گذاری و سالانه آب‌بند سورن
جدول ۲-۲  هزینه‌های تولید برق توسط آب‌بند سورن ‏‏
جدول ۳-۲  مقایسه هزینه و زمان‌های بازپرداخت سرمایه ‏تولید الکتریسیته کشندی .
جدول ۴-۲ گمانه‌زنی برخی از آب‌بندی‌های کشندی در انگلستان ‏‏
جدول ۵-۲ برخی نقاط دنیا برای اجرای پروژه‌های انرژی ‏کشندی
جدول۸-۲ انواع سامانه های توربین مورد استفاده در ‏نیروگاه های جزر و مدی
جدول ۶-۲ انرژی پتانسیل قابل استحصال از جزر ومد در ‏سواحل ایران
جدول ۷-۲
فصل ۳: انرژی موج‏
جدول ۱-۳  شرایط موج اقیانوس آتلانتیک شمالی [اطلس]
جدول ۲-۳ منابع انرژی موج طبیعی و فنی برای شمال و غرب ‏سواحل انگلستان

مقدمه
گسترش فزاینده ی نیاز به انرژی، محدودیت منابع ‏فسیلی،فاجعه ی  آلودگی زیست محیطی ناشی از سوخت مواد ‏فسیلی، گرم شدن هوا و اثر گلخانه ای و بسیاری از دیگر ‏عوامل، سبب رویکرد دوباره علم به انرژی های تجدید پذیر ‏طبیعی شده است. به طور کلی می توان انرژی های تجدید پذیر ‏را به بخش های زیر تقسیم بندی نمود:‏
‏  ‏‎•‎انرژی خورشیدی
‎•‎‏ انرژی اقیانوسی
‏•  انرژی باد  ‏
‏ ‏‎•‎انرژی هسته ای ‏
‎•‎‏ انرژی سوخت های گیاهی (زیست توده ) ‏
‎•‎‏ انرژی زمین-گرمایی
‎•‎‏ پیل های سوختی
‎•‎‏ سایر منابع انرژی تجدید پذیر
در میان موارد ذکر شده،دریا و اقیانوس یکی از مهم ترین ‏منابع انرژی تجدید پذیر در دنیا به شمار می روند به ‏ TWhطوری که در حالیکه مصرف کل انرژی جهان در سال های اخیر ‏بطور متوسط برابر با ۰۰۰/۱۵ تراوات ساعت  در سال است، به ‏گزارش آژانس بین المللی انرژی ‏ میزان کل انرژی موجود در ‏جریانات دریایی، امواج و انرژی ناشی از اختلاف چگالی آب ‏اقیانوس ( بعلت اختلاف    شوری و اختلاف حرارت ) برابر با ‏‏۱۰۰۰۰۰ تراوات ساعت  در سال می باشد. ‏
این مساله میزان انرژی نهفته در اقیانوس ها را به خوبی ‏نشان می دهد به گفته کارشناسان از میان این انرژی عظیم ‏نهفته در دریا ها و اقیانوس ها ، امکان تولید سالانه ۱۰۰ ‏تراوات ساعت انرژی تنها از امواج آبی قابل دسترس است، از ‏طرفی وجود بیش از ۲۵۰۰ کیلومتر خط ساحلی در شمال و جنوب ‏ایران، این کشور را به یکی از پتانسیل های جذب انرژی از ‏دریا تبدیل کرده است.تلاش برای بهره گیری از انرژی موجود در ‏امواج دریا پس از بحران نفتی دهه ۱۹۷۰ مورد توجه جوامع بین ‏المللی قرار گرفت. [۵]‏
انرژی موج را می توان نوعی از انرژی خورشیدی در نظر ‏گرفت.تغییرات دمایی ناشی از تابش خورشید در سطح زمین سبب ‏ایجاد باد میگردد و با وزیدن باد بر روی آب های آزاد، ‏امواج در دریاها شکل می گیرند.شکل (۱-۱) روند تولید امواج ‏از وزش باد بر روی سطح آب را به صورت شماتیک نشان می ‏دهد.هرچند که مکانیسم دقیق تولید امواج دریا بسیار پیچیده ‏است،می توان گفت این مکانیسم شامل ۳ مرحله اصلی زیر است :‏
‏۱٫‏    وزش باد بر سطح آب که این مساله سبب ایجاد تنش برشی روی آب ‏می شود،تقابل کشش سطحی و تنش برشی در این مرحله سبب تشکیل ‏امواج کوچک ‏ ‏  با طول موجی در مرتبه سانتی متر می شود.‏
‏۲٫‏    با شدید شدن قدرت وزش باد، جریان آشفته باد در نزدیکی سطح ‏آب سبب بوجود آمدن تنش ها وتغییرات نوسانی توزیع فشار در ‏سطح آزاد می گردد. در این حالت در نقاط پرفشار سطح آب ‏پایین آمده و در نقاط کم فشار بالا می آید و بدین درترتیب ‏امواج نامنظم سطح آب تشکیل می گردند.‏
‏۳٫‏    عامل مقاومت کننده در برابر ارتفاع موج ایجاد شده در این ‏شرایط نیروی وزن می باشد.به همین دلیل امواج ایجاد شده در ‏این وضعیت به همواج ثقلی موسومند.‏
وضعیت انرژی در ایران و جهان
بشر از دیرباز با بکارگیری انرژی های فراوان و در ‏دسترس طبیعت، در پی گشودن دریچه ای تازه به سوی خویش بود ‏تا از این رهگذار، بتواند افزون بر آسانتر کردن کارها، ‏فعالیت های خود را با کمترین هزینه و بالاترین سرعت به ‏انجام رساند و گامی برای آسایش بیشتر بردارد. نخستین انرژی ‏بکار رفته توسط بشر، انرژی خورشید بود. انسان از نور و ‏گرمای آفتاب بهره های فراوان   می برد؛تا آنجا که این ‏انرژِی جزیی جدایی ناپذیر از فرآیند برخی صنایع گشت و حتی ‏امروز نیز جایگاه خود را از دست نداده است.‏
لزوم حرکت به سمت بهره گیری از انرژی های تجدید ‏پذیر
دورنمای تولید و مصرف انرژی در جهان
کاهش ذخایر سوخت های فسیلی در جهان از مهم ترین عواملی ‏است که سبب روی آوردن به انرژی های تجدیدپذیر گردیده است. ‏شکل (۱-۲) روند تولید سوخت های در جهان در قرن ۲۱ را نشان ‏می دهد. همانگونه که در شکل مشخص است میزان تولید نفت تا ‏حدود سال ۲۰۱۲ به حداکثر مقدار خود در حدود ۷۰ میلیون بشکه ‏در روز رسیده و سپس میزان تولید به تدریج کاهش یافته تا در ‏سال ۲۰۷۵ این میزان به صفر می رسد. بر اساس این نمودار ‏همچنین تولید گاز حدوداً در سال ۲۰۴۰ به مقدار ۶۵ میلیون ‏بشکه در روز رسیده و س این میزان ب تدریج کاهش یافته  و در ‏سال ۲۰۸۵ به صفر می رسد. ‏
جایگاه انرژی های تجدید پذیر در کشور
یکی از کلیدی ترین مباحث در تامین انرژی داشتن برنامه ‏ای برای تشخیص بهترین و مناسب ترین حامل در هر منطقه است ‏که بر مبنای آن سبد انرژی هر کشوری مشخص می شود.هرقدر این ‏سبد متنوع تر باشد اتکای کشور به یک حامل انرژی خاص از بین ‏می رود، امنیت انرژی افزایش می یابد و در نتیجه امکان حفظ ‏و صیانت از منابع انرژی فسیلی به خصوص نفت و گاز بیشتر می ‏شود.اهمیت این مساله زمانی روشن تر می شود که منابع نفت ‏ایران تا۸۶ سال و منابع گازی آن تا ۱۴۳ سال دیگر پایان می ‏پذیرد.‏

این پایان نامه با آیین نامه نحوه نگارش و تدوین پایان نامه تهیه شده و آماده ارائه میباشد.