انرژی موج در آمریکا؛ آینده‌ای نو در انرژی تجدیدپذیر

1

انرژی امواج دریا، یکی از نوآورانه‌ترین اشکال انرژی تجدیدپذیر، سرانجام وارد مرحله اجرایی در ایالات متحده شده است. برخلاف انرژی خورشیدی که با غروب آفتاب از بین می‌رود یا انرژی بادی که ساعت به ساعت تغییر می‌کند، امواج دریا شبانه‌روز به حرکت خود ادامه می‌دهند. این پایداری طبیعی باعث شده تا انرژی موج به یکی از گزینه‌های جذاب برای تکمیل سایر منابع انرژی پاک تبدیل شود.

چرا انرژی موج اهمیت دارد؟

در سیستم‌های برق‌رسانی، تعادل حیاتی است. وقتی تولید از یک منبع کاهش می‌یابد، باید منبع دیگری جایگزین آن شود. در چنین شرایطی انرژی موج می‌تواند نوسانات ناشی از ابرهای خورشیدی یا افت ناگهانی باد را جبران کند. نتیجه، شبکه‌ای پایدارتر بدون نیاز به سوزاندن سوخت‌های فسیلی است.

نحوه کار ماشین‌های تولید انرژی موج

در قلب این فناوری، شناورهایی قرار دارند که با بالا و پایین رفتن امواج حرکت می‌کنند. هر شناور به یک پیستون در مدار هیدرولیکی متصل است. هنگامی‌که موج، شناور را بالا می‌برد، پیستون مایع هیدرولیکی زیست‌تجزیه‌پذیر را در یک مدار بسته فشرده می‌کند.

مایع فشرده از طریق لوله‌ها به تجهیزات مستقر در ساحل منتقل می‌شود و با چرخاندن یک موتور هیدرولیکی، انرژی مکانیکی را به الکتریسیته تبدیل می‌کند. پس از عبور موج، مایع به مخزن خود بازمی‌گردد تا برای چرخه بعدی آماده شود. تنها شناورها با آب تماس دارند و سایر اجزا مانند پمپ‌ها، موتورها و ژنراتور در کانتینرهای استاندارد در اسکله قرار دارند.

پروژه Eco Wave Power در آمریکا

پس از سال‌ها آزمایش در نقاط مختلف جهان، شرکت Eco Wave Power سرانجام فناوری خود را در بندر لس‌آنجلس مستقر کرده است. این پروژه که در محوطه‌ای موسوم به «پردیس اقتصاد آبی» اجرا می‌شود، نخستین تأسیسات موج‌انرژی ساحلی آمریکا به‌شمار می‌آید.

هدف این طرح، نمایش عملکرد فناوری در یک بندر پررفت‌و‌آمد، ثبت عملکرد واقعی در شرایط محیطی و جمع‌آوری داده برای پروژه‌های آینده است. این پایلوت قرار نیست برق شهر را تأمین کند بلکه به‌عنوان آزمایشگاهی زنده برای بررسی دوام اجزا و نرم‌افزار کنترل در شرایط مختلف عمل می‌کند.

مزایای طراحی ساحلی

نگه‌داشتن تجهیزات تولید برق روی خشکی، دسترسی آسان‌تر برای تعمیر و نگهداری را فراهم می‌کند. قطعات بدون نیاز به قایق یا غواص قابل‌تعویض‌اند. همچنین کاهش تعداد اجزای غوطه‌ور باعث کاهش خوردگی، افزایش عمر مفید و کاهش هزینه نگهداری می‌شود.

این طراحی نیاز به کابل‌های بلند در بستر دریا را از بین می‌برد و با استفاده از زیرساخت‌های موجود مانند اسکله‌ها و دیوارهای ساحلی، زمان ساخت و هزینه‌ها را کاهش می‌دهد.

آموزش، آزمایش و داده‌های زیست‌محیطی

امواج در بندر معمولاً آرام‌اند، بنابراین تمرکز پروژه روی نمایش و آموزش عمومی است. در روزهای پرانرژی، بازدیدکنندگان می‌توانند حرکت شناورها و تولید برق را از نزدیک مشاهده کنند و در زمان سکون دریا، تیم فنی شبیه‌سازی عملکرد سیستم را انجام می‌دهد تا مراحل تبدیل انرژی قابل مشاهده باشد.

پروژه دو سال به طول می‌انجامد و شامل آزمایش روش‌های مختلف نصب مانند گیره‌کردن به پایه‌های اسکله و ثبت داده‌های محیطی است تا طراحی نسل بعدی سامانه‌ها برای سواحل پرانرژی‌تر بهینه شود.

مجوزها و اثرات زیست‌محیطی

این تأسیسات به‌عنوان یک پروژه آزمایشی کم‌تأثیر ثبت شده است. شناورها به اسکله موجود متصل‌اند و تجهیزات تولید در دو کانتینر روی زمین قرار دارد. از ساخت‌وساز سنگین دریایی اجتناب شده و تعهد داده شده که پس از پایان آزمایش، مجموعه به‌طور کامل جمع‌آوری شود تا اثرات محیطی به حداقل برسد.

کاهش اثرات بر محیط زیست

چرخه هیدرولیکی سیستم کاملاً بسته است تا هیچ مایعی وارد دریا نشود. به‌دلیل استقرار بیشتر اجزا در خشکی، نیازی به نصب لنگرهای بزرگ در بستر دریا نیست. هرچند هیچ پروژه انرژی بی‌اثر نیست، اما این روش نسبت به توربین‌های دریایی دور از ساحل، مخاطرات کمتری برای اکوسیستم دارد.

همچنین شرایط زیست‌محیطی مانند حضور آبزیان، زباله و نویز در طول بهره‌برداری پایش می‌شود تا داده‌های دقیق برای طراحی آینده جمع‌آوری گردد.

فیزیک انرژی موج

فرآیند تبدیل انرژی موج کاملاً بر اصول فیزیکی استوار است. موج انرژی جنبشی و پتانسیل را منتقل می‌کند؛ شناور آن را جذب کرده و به پیستون منتقل می‌کند. پیستون فشار مایع را افزایش می‌دهد و این انرژی فشرده، موتور هیدرولیکی را می‌چرخاند تا ژنراتور برق تولید کند.

در هر مرحله مقداری از انرژی به‌صورت اصطکاک و گرما از بین می‌رود. مهندسان با استفاده از آب‌بندی دقیق، مدارهای نرم و کنترل هوشمند این تلفات را به حداقل می‌رسانند. ماندن اجزای حساس در خشکی نیز از خوردگی جلوگیری کرده و راندمان را افزایش می‌دهد.

سیستم‌های کنترلی نقش کلیدی دارند. آن‌ها تصمیم می‌گیرند چه زمانی شناورها فعال شوند، فشار برای موج بعدی چگونه تنظیم شود و چه زمانی باید ماژول‌ها از آب خارج گردند تا از آسیب در شرایط سخت جلوگیری شود.

هم‌افزایی موج با باد و خورشید

تنوع منابع انرژی به پایداری شبکه کمک می‌کند. انرژی خورشید در نیم‌روز به اوج می‌رسد و شب کاهش می‌یابد، درحالی‌که باد ممکن است در چند ساعت تغییر کند. در چنین ترکیبی، انرژی موج می‌تواند نیاز عصرگاهی را پوشش دهد و وابستگی به نیروگاه‌های فسیلی سریع‌العمل را کاهش دهد.

ازآنجاکه بیشتر تجهیزات در خشکی قرار دارند، اجرای پروژه‌های ترکیبی در بنادر و شهرهای ساحلی آسان‌تر است. این مناطق از قبل دارای خطوط انتقال برق و تیم‌های نگهداری هستند و می‌توانند تولید پاک جدید را بدون اشغال فضای دریایی توسعه دهند.

شاخص‌های موفقیت پروژه

هدف پروژه، نه تولید عظیم برق بلکه یادگیری سریع است. موفقیت یعنی عملکرد پایدار، داده‌های شفاف، و روش‌های مشخص برای نصب و نگهداری. همچنین اثبات اینکه شناورها به‌راحتی به سازه‌های بندری متصل می‌شوند و تجهیزات خشکی با بازده ثابت کار می‌کنند.

پروژه علاوه بر جنبه فنی، بر تحلیل واقعی هزینه‌ها شامل قطعات، نیروی کار و زمان توقف تمرکز دارد تا مسیر طراحی نسل بعدی روشن شود. در صورت موفقیت، مرحله بعدی در سواحل پرانرژی‌تر و با اتصال مستقیم به شبکه برق انجام خواهد شد.

آینده انرژی موج در آمریکا

انرژی موج قرار نیست جایگزین تمام منابع دیگر شود، بلکه هدف آن ایفای نقشی پایدار، ایمن و مقرون‌به‌صرفه در ترکیب انرژی کشور است. نصب شناورها روی سازه‌های موجود و انتقال تجهیزات حساس به خشکی، بسیاری از موانع اجرایی پروژه‌های دریایی را برطرف می‌کند. بندر پرجنب‌وجوش لس‌آنجلس اکنون صحنه‌ای واقعی برای آزمودن این فناوری است.

داده‌های به‌دست‌آمده از این پایلوت کوچک و موقتی، مسیر توسعه نسل‌های بعدی را مشخص می‌کند تا انرژی موج جایگاه خود را در آینده انرژی پاک آمریکا پیدا کند.