موضوع مقاله: انرژی کشندی | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # انرژی کشندی | مقدمه: با این وجود، بسیاری از پیشرفت‌های اخیر در طراحی (مانند نیروگاه کشند دینامیکی، تالاب‌های کشندی) و هم در تکنولوژی توربین (مانند توربین‌های جدید محوری و کراس فلو) نشان می‌دهد که کل برق کشندی موجود ممکن است از آنچه تا پیش از این فرض می‌شد بسیار بیشتر باشد و ممکن است هزینه‌های اقتصادی و زیست‌محیطی آن هم به سطح قابل رقابتی کاهش یابد. | ## بخش 1: انرژی کشندی | از نظر تاریخی آسیاب‌هایی که از انرژی کشندی بهره می‌گرفته‌اند هم در اروپا و هم در سواحل شرقی آمریکای شمالی وجود داشته‌اند. آب ورودی در استخرهای بزرگی ذخیره می‌شدند و در هنگام فروکش کردن مد چرخ‌های آبی را به چرخش درمی‌آوردند که از این نیروی مکانیکی برای آرد کردن غلات استفاده می‌شده‌است. تنها در سدهٔ نوزدهم بود که فرایند استفاده از آب‌های ریزان و توربین‌های چرخان برای تولید برق در آمریکا و اروپا معرفی شد. نیروگاه کشندی رانس اولین نیروگاه کشندی در مقیاس بزرگ است که در سال ۱۹۶۶ مورد بهره‌برداری شد. انرژِی جزر و مد جزر و مد در اثر کشش جاذبه‌ای ماه و خورشید و چرخش زمین به وجود می‌آید و استفاده از انرژی آن که یکی از اشکال انرژی‌های دریایی است در حال گسترش است. نزدیک سواحل دریا، در جهان مناطقی هست که سطح آب می‌تواند تا ۲۴ متر به بالا کشیده شود. تنها حدود ۲۴ نقطه در جهان وجود دارد که دارای شرایط مناسب و حدود جزر و مدهایی با ارتفاع کافی (حدود ۶ متر به بالا) برای تولید انرژی که از دیدگاه اقتصادی مقرون به صرفه باشد. ساده‌ترین سیستم تولید نیرو برای دستگاه‌های جزر و مدی شامل سدی به صورت مانع در عرض مدخل کولاب در حاشیهٔ دریا است. هنگام جزر و مدهای بزرگ دروازه‌های آبگیر مانع، اجازهٔ ورود آب را به طرف جزرومد می‌دهد و آب را از میان سیستم توربین خروجی عبور می‌دهد. این زمان را که بین بالاترین نقطهٔ مد و پایین‌ترین نقطهٔ جزر وجود دارد در زبان انگلیسی «ebb tide» می‌گویند. سیستم‌های دو راهه‌ای هم برای تولید برق در هنگام مد و هم در هنگام جزر وجود دارد که بازده سیستم را بیشتر می‌کند. موانع جزرومدی می‌توانند سطح جزرومد را در ظرف تغییر داده و میزان آشفتگی را در آب بالا ببرند. بزرگ‌ترین ضرر بالقوهٔ استفاده از نیروی جزر و مدی، تأثیر یک ایستگاه جزر و مد روی گیاهان و حیوانات و تأثیرهای احتمالاً ناخواسته بر اکوسیستم مصب کولاب است. همچنین حصارهای جزرومدی می‌توانند انرژی جزرومد را مهار کنند، یک حصار جزر و مدی دارای توربین‌های قائم محور هستند که روی یک حصار سوار شده‌است. این تأسیسات در جاهایی مانند کانال‌های بین خشکی‌ها نیز می‌توانند بکار گرفته شوند. حصارها تأثیر زیست‌محیطی کمتری نسبت به موانع جزرومدی دارند، اگرچه می‌توانند برای حرکت حیوانات بزرگ دریایی و نیز قایق‌رانی و آمدو شدهای شناورها مشکل ساز باشند. توربین‌های جزر و مدی تکنولوژی جدیدی هستند که در بسیاری از نواحی جزر و مدی بکار گرفته می‌شود. آن‌ها اساساً توربین‌های بادی هستند که در هر محلی که جریان جزر و مدی قوی دارد، واقع شده‌اند. از آنجا که آب ۸۰۰ مرتبه چگال تر از هوا است، توربین‌های جزر و مدی مجبور به داشتن مقاومت بیشتری از توربین‌های بادی خواهند بود. این توربینها سنگین‌تر و گران‌تر هستند اما قادرند در نهایت انرژی بیشتری را به دام بیندازند. تکنیک‌های استفاده از انرژی جزر ومد یکی از روش‌های ساده و قدیمی استفاده از انرژی جزر و مد ایجاد یک حوض تنها است. این تکنیک فقط یک حوض را با مسدود کردن خلیج حاصله از مصب رود یا خلیج اصلی با استفاده از یک سد مورد استفاده قرار می‌دهد. در طول دوره تناوب یا بالا آمدن آب، از دریچه‌های راه‌های کانالی، آب حوض را پر می‌کند. وقتی که سطح آب در حوض بالاتر از سطح آب دریا است؛ انرژی پتاسیل آب مسدود شده در حوض با گذشتن از توربین مولد الکتریسته به انرژی الکتریکی تبدیل می‌شود. تکنیک انرژی خروجی یک راهه حوض تنها با قرار دادن توربین، مولدی که می‌تواند موتور پمپ کمکی به هنگام عملیات پر کردن مجدد مورد استفاده قرار گیرد، اصلاح می‌شود. طرح دیگر عبارت از یک حوض با دو راه است؛ که تولید انرژی بر اثر حرکت آب از طرف دریا به حوض و از طرف حوض به دریا صورت می‌گیرد. با وجود این انرژی تولید شده در این طرح مانند طرح یک راهه آن چنان زیاد نیست، بنابراین توربین‌های طرح دو راهه بسیار بزرگ و گران‌قیمت هستند. انرژی خروجی تکنیک مولد یک دو راهه نیز باید با پمپ کمکی اصلاح شود، توسعه طرح انرژی جزر و مد رانس برای دو راه عملیات حوض تنها با پمپ بوده‌است. | ## بخش 2: انرژی کشندی | تولید برق از طریق انرژی جزر ومد نیروگاه‌های تولید الکتریسیته در اعماق آب دریاها با استفاده از قدرت جزر و مد می‌توانند کمکی برای مسئلهٔ انرژی جامعه بشری باشند. این نخستین پروژهٔ تولید الکتریسیته از نیروی جزر و مد در عمق دریاست که به شیوه‌ای نوین به کار گرفته شده‌است توربین‌های تولید انرژی، که در عمق ۲۰ متری در فاصله ۲ کیلومتری ساحل «دوون» واقع در جنوب غربی انگلیس کار می‌کنند حاصل ۴ سال تلاش مهندسان و کارشناسان دانشگاه کاسل آلمان است. این تنها نیروی جزر و مد است که پروانه‌های عظیم این توربین‌های زیرآبی، با نام «جریان دریایی» را به چرخش درمی‌آورد. این توربین‌ها، برخلاف توربین‌های بادی که وابسته به شرایط آب و هوایی هستند می‌توانند در اعماق دریا و به دور از تغییر و تحولات جوی به‌طور دائم به کار خود ادامه داده و به تولید الکتریسیته بپردازند. باله‌ها جریان امواج را به درون تونلی منتقل کرده و به این ترتیب تودهٔ هوا را به جلو می‌رانند و با کمک این توده هوا توربینی به گردش در می‌آید. اما ساده‌ترین سیستم بهره‌برداری از انرژی جزر و مد سیستمی است که دانمارکی‌ها به کار می‌گیرند. در این سیستم، امواج مستقیماً توسط یک سطح شیب دار به سوی پره‌های توربین رانده می‌شوند و آن را به حرکت درمی‌آورند. ایجاد انرژی کشندی توان کشندی از جزر و مد اقیانوسی زمین گرفته می‌شود؛ نیروهای کشندی تغییرات متناوب جاذبه گرانشی وارد شده از اجرام آسمانی است. در زمین عوامل اصلی ایجاد این انرژی عمدتاً ماه؛ به خاطر نزدیکی بیشتر و گرفتاریش در قفل جزر و مدی با زمین، و سپس خورشید است و اجرام آسمانی دیگر تأثیر چندانی در ایجاد آن ندارند. این نیروی جاذبه شدید یک بر آمدگی در سطح آب ایجاد می‌کند که باعث افزایش سطح گذرای دریا می‌شود. با افزایش سطح دریا آب وسط اقیانوس به سمت ساحل رانده می‌شود و مد را به وجود می‌آورد. اندازه و ویژگی این حرکت نشان دهنده تغییر وضعیت ماه و خورشید نسبت به زمین، اثر چرخش زمین و جغرافیای محلی بستر دریا و خط ساحلی است. روش‌های تولید از انرژی جزر و مدی می‌توان به چهار روش انرژی الکتریکی تولید کرد: ژنراتور جریان جزر و مدی نوشتار اصلی: ژنراتور جریان جزر و مدی ژنراتورهای جریان جزر و مد از انرژی جنبشی آب روان برای حرکت توربین‌ها استفاده می‌کنند، همان گونه که توربین‌های بادی برای حرکت از باد استفاده می‌کنند. برخی ژنراتورهای جزر و مدی را می‌توان در استراکچر پل‌های موجود نصب کرد که هیچ مشکل زیبایی‌شناختی در پی ندارد. سد جزر و مدی سدهای جزر و مدی از انرژی پتانسیل موجود در اختلاف ارتفاع بین فراکشند (کشند بالا) و فروکشند (کشند پایین) استفاده می‌کنند. هنگامی که از سد جزر و مدی برای تولید برق استفاده می‌شود، انرژی پتانسیل یک کشند با قرار دادن راهبردی سدهایی ویژه ذخیره می‌شود. هنگامی که سطح دریا افزایش می‌یابد و کشند شروع می‌شود افزایش موقتی انرژی جزر و مدی به یک حوض بزرگ در پشت سد هدایت می‌شود و مقدار زیادی انرژی پتانسیل ذخیره می‌شود. با عقب‌نشینی کشند انرژی این آب آزاد شده و با حرکت توربین‌های بزرگی انرژی آن به انرژی مکانیکی تبدیل شده و به واسطه ژنراتورهایی تولید برق انجام می‌شود. نیروی کشندی دینامیک نیروی جزر و مدی دینامیک یک فناوری آزمایش نشده اما نویدبخش است که از کنش متقابل بین انرژی‌های پتانسیل و جنبشی در جریان‌های جزر و مد استفاده می‌کند. این فناوری پیشنهاد می‌کند سدهای بسیار طولانی (برای نمونه به طول ۳۰ تا ۵۰ کیلومتر) از ساحل مستقیم (بدون محوطه‌سازی) به سمت دریا یا اقیانوس ساخته شود بدون آنکه ناحیه‌ای را دربر گیرد. اختلافات فاز جزر و مد ایجاد شده در دو سوی سد به تفاوت قابل توجهی در سطح آب دریاهای ساحلی کم عمق می‌انجامد. تالاب جزر و مدی تالاب جزر و مدی گزینه جدید طراحی انرژی جزر و مدی است که شامل دیوارهای نگهدارنده مدور که در آن توربین‌ها تعبیه شده‌است و بتوانند انرژی بالقوه جزر و مد را جذب کنند. مخازن ایجاد شده شبیه به سدهای جزر و مدی است با این تفاوت که این مکان مصنوعی است. نیروهای گرانشی مابین ماه و خورشید و زمین سبب بالا و پایین رفتن منظم آب اقیانوس‌ها در سراسر جهان گردیده که نتیجه آن امواج جزر و مدی می‌باشد. ماه نیرویی بیش از دو برابر نیرویی که خورشید بر امواج جزر و مد تأثیر می‌گذارد اعمال می‌کند. در کل به نیروی حاصل از جزر (پایین رفتن آب) و مد (بالا آمدن آب دریا) در نواحی ساحلی گویند. در میان سیارات منظومه شمسی، سیاره زمین تنها سیاره‌ای است که دارای مقادیر بسیار زیاد آب در سطحش می‌باشد به‌طوری‌که تقریباً سه چهارم سطح آن از آب پوشیده شده‌است. تقریباً در تمام نقاط ساحلی دنیا جزرومد به صورت دو بار مد (بالا آمدن آب) ودوبار جزر (پایین آمدن آب) وجود دارد. | ## بخش 3: انرژی کشندی | مقدار اختلاف بالا وپایین آمدن آب بین چند سانتی‌متر تا چند متر و در نقاط مختلف دنیا متفاوت است. برای بهره‌برداری از این نیرو توربین‌هایی در نواحی ساحلی مستقر می‌کنند که با قدرت آب می‌چرخند و با استفاده از این قدرت آن را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کنند. دامنه ارتفاع موج جزر و مد در اقیانوس‌های آزاد در جایی که چندین سانتی‌متر آشفتگی در مرکز موج بالغ بر صدها کیلومتر آشفتگی می‌شود بسیار کم است. به هر حال موج می‌تواند مطابق دستورالعمل خاصی زمانی که به نواحی اقلیمی می‌رسد افزایش پیدا کند و حجم عظیمی از آب را به فواصل کوچک رودخانه‌ها و دهانهٔ رودها در وار ساحلی سرازیر نماید. اغلب جزر و مدهای ساحلی کشندی شامل دو طغیان و دو فروکش با یک دوره نیم روزی دوازده ساعت و بیست و پنج دقیقه‌ای هستند. از این رو برخی از سواحل وجود دارند که در آنجا جزر و مد تا دو مرتبه از لحاظ زمان جزر و مد روزانه طولانی‌تر هستند یا اینکه دست کم تلفیقی از هر دو با اختلاف و نابرابری روزانه است. بلندترین جزر و مدها جزر و مدهای بهاری نامیده می‌شوند که زمانی رخ می‌دهد که ماه و زمین و خورشید از نظر موقعیت مکانی در یک خط مستقیم قرار می‌گیرند (استقرار نقطه سه‌گانه) یا کهکشند نامیده می‌شوند و زمانی رخ می‌دهند که ماه و زمین و خورشید در زوایای قائم نسبت به یکدیگر قرار بگیرند. در واقع این تأثیرات، دو بار در فاصله میانگین ۲۴ساعت و ۵۳ دقیقه رخ می‌دهند؛ یعنی در هر ۱۲ساعت و ۲۶ دقیقه دو جزر یا دومد اتفاق می‌افتد. اگر خشکی‌ها مقابل کره ماه قرار بگیرند به علت مقاومت خشکی، خشکی حدود ۲۰ سانتی‌متر جابجا می‌شود که به آن جزر و مد خشکی می‌گویند؛ ولی مقاومت اقیانوس‌ها در مقابل کره ماه کمتراز خشکی است باید در نظر داشت که وقتی آن قسمت از زمین که در مقابل کره می‌باشد حالت مد داشته باشد نقطه مقابل آن در طرف دیگر زمین نیز، همین حالت مد را خواهد داشت؛ یعنی قسمت از زمین که ماه روی نصف ا لنهاربوده در اثر جاذبه ماه برای آبها، مد پیش می‌آید و در طرف دیگر که از جاذبه ماه دور بوده کمتر تحت تأثیر است. اصطکاک آب‌های اقیانوس با بستر دریا چرخش زمین را به میزان ۰۰۱٪ثانیه در هر روز از قرن کاهش می‌دهد. بررسی فسیلهای حیوانات ثابت کرده‌است که ۴۰۰ میلیون سال پیش روز زمینی فقط ۲۲ساعت طول می‌کشیده به علاوه میدان گرانشی زمین نیز، نیروها ی جزر و مدی روی ماه اعمال می‌کند. بر روی سطح ماه، آب وجود ندارد اما اصطکاک، خم کردن و حرکت دادن صخره‌ها تا حدی حرکت چرخشی ماه را کند می‌کند و در درازمدت سبب شد که فقط یک سوی ماه به طرف زمین قرار گیرد که به آن گردش هماهنگ یا قفل جزر و مدی می‌گویند. طغیان و فروکش جزر و مد طغیان و فروکش جزر و مد در طول خط ساحلی منطقه می‌تواند به صورت زیر توضیح داده شود: ارتفاع کم موج جزر و مد از صدها کیلومتر در سطح اقیانوس‌ها براساس چرخش به دور زمین تا زمانی که امواج در آن اقلیم به لب دریا برخورد نماید زیر ماه امتداد پیدا می‌کند. جایی که این جرم آب هیچ راهی برای گریز و پراکنده شدن در اقیانوس نمی‌یابد این امر به تداخل امواج و انباشته شدن آب در دهانه رودخانه‌ها منجر می‌شود. جزر و مد در مسیر حرکت ماه مجدداً فروکش می‌کند و از سمت اقیانوس دور شده به زمین نزدیک می‌شود و اثر این گرانش روی آب اقیانوس‌ها تدریجاً کاهش پیدا می‌کند. تاریخچه در قرن یازدهم از انرژی جزر و مد در ساحل اقیانوس اطلس در فرانسه، انگلستان و اسپانیا با قراردادن دستگاه‌هایی استفاده شد. تأسیسات استفاده از انرژی جزر و مد در انگلستان، آلمان، ایتالیا، شوروی سابق و آمریکا بکار گرفته شد. ماشینهای جزرومدی قدیمی قسمت کوچکی از انرژی جزر و مد موجود را برای تولید انرژی مکانیکی فراهم می‌کردند. ایالات متحده هیچ دستگاه جزرومدی ندارد و تنها محل که نیروی جزرومدی می‌تواند انرژی به صرفة اقتصادی را تولید کند در نظر دارد فرانسه، انگلستان، کانادا و روسیه استعداد بیشتری از این بابت دارند. اولین طرح بزرگ انرژی الکتریکی از جزر و مد در فرانسه در سال ۱۹۶۶ شروع به کار کرد. در این واحد ضریب توان تبدیل انرژی جزرومد به الکتریسیته در حدود ۱۸ تا ۲۵ در صد است. در قرن یازدهم میلادی نیز آسیابان‌های سواحل ولز، سنگ‌های آسیاب خود را با کمک نیروی جزر و مد به کار می‌انداختند و بر همین اساس هم یک نیروگاه بهره‌برداری از قدرت جزر و مد در «سانت متلو» ی فرانسه از ۳۵ سال پیش تاکنون به کار مشغول است. اما از این روش، تنها در شمار اندکی از سواحل جهان می‌توان استفاده کرد؛ یعنی در سواحلی که تفاوت ارتفاع سطح آب، در حین جزر و مد بیش از چندین متر است. همین‌طور امروزه در سواحل جزیره «شتلند» توربین دیگری به تولید الکتریسیته مشغول است. در مقابل سواحل کالیفرنیا، فلوریدا و کرانه شرقی کانادا پروژه‌ای مشابه به کار گرفته شده‌است. کارشناسان معتقدند طی ۳۰ سال آینده می‌توان از این توربین‌ها برای تولید ۴۰ درصد از انرژی مورد نیاز خانه‌های مسکونی بهره جست. | ## جمع‌بندی | داروین؛ ترجمه دکتر حسین مروتی؛ انتشارات آبزیان؛ تهران ۱۳۸۴ مقدمه‌ای بر فیزیک دریاها و اقیانوسها؛ جی.آ.