مقاله در مورد امواج

این مقاله به بررسی نحوه استخراج انرژی از امواج به‌ عنوان منبعی مهم برای تولید انرژی پرداخته و سیستم‌های انتقال قدرت اتصال (PTO) و دستگاه پلامیس را تحلیل می‌ کند.

چکیده

در سالهای اخیر ، امواج به عنوان یکی از منابع مهم انرژی مخصوصاً برای مصرف در مناطق ساحلی مطرح شده است. مهمترین بحث در این زمینه چگونگی تبدیل این انرژی به انرژی دلخواه ( انرژی الکتریکی و … ) است.

این مقاله کاربرد موتورهای هیدرولیکی در سیستم های تهویه مطبوع را بررسی می کند.

مقدمه

استخراج انرژی مفید از امواج اقیانوس ها بوسیله هر مبدل انرژی موج ( Wave Energy Convertor ) نیازمند این است که امواج نیرویی را به بعضی از مکانیزم های عکس العملی وارد کنند که این مکانیزم ها قادر به مقاومت در برابر نیروی عمل کننده ای که امواج تولید می کنند ، باشند. مکانیزمی که بوسیله آن ، انرژی بین امواج و دستگاه WEC منتقل و در نهایت به شکل انرژی قابل استفاده تبدیل می شود ، سیستم قدرت اتصال PTO نامیده می شود.

در مسئله استخراج انرژی امواج، موضوع مهم ، نشان دادن پتانسیل انرژی موج در مرحله ابتدایی کار است که این مهم در 2 زمینه بررسی می شود :

۱) اطمینان حاصل کردن از اینکه ماشین های مربوطه تحت شرایط دشوار دریا ، می توانند سالم باقی بمانند.
– ۲) قابل قبول بودن مقدار انرژی بدست آمده در پایان کار.

جهت استخراج بیشترین مقدار توان از امواج اتفاقی ( امواجی که براساس تابع و ضابطه خاصی ایجاد نمی شوند ) ، سیستم PTO باید توانایی ایجاد یک نیروی مهارکننده که به طور نسبی با زمان ، همراه با عکس العمل های سیستم WEC ، تغییر می کند را داشته باشد. این مسئله نیازمند اندازه گیری واقعی عکس العمل ها و واکنش های WEC و همچنین کنترل سیتم PTO در طی سیکل موج ، می باشد. بعلاوه ، برای مؤثرتر بودن فعالیت های دستگاه در حالات مختلف دریا ، سیستم کنترل کننده و همچنین سیستم PTO باید به گونه ای قادر به وفق دادن خود به شرایط محیط باشند به طوری که :

۱) جذب و دریافت قدرت در دریاهای کوچک به بیشترین مقدار خود برسد.
۲) ریسک آسیب دیدن دستگاه ها در دریاهای بزرگ به حداقل خود برسد.

راهکار دیگر برای بدست آوردن ماکزیمم مقدار جذب انرژی ، یک دستگاه WEC باید در خلاف جهت امواج به گونه ای واکنش نشان دهد که نیروی محرک و سرعت واکنش در یک فاز باشند . هر چند که با یک طراحی مناسب ، یک دستگاه WEC می تواند دارای دینامیک مناسبی باشد آن چنانکه که فرکانس واکنش آن در محدوده صحیحی قرار گیرد طوری که با فرکانس محرک امواج در بیشتر حالات دریا منطبق شود ، با این حال یک کنترل فعال به منظور ماکزیمم کردن انرژی جذب شده از امواج در حالات مختلف دریا نیاز است. همچنین سیستم کنترل می تواند نقش مهمی را در بهبود ویژگی ها و مشخصات بقای دستگاه ایفا کند .

سیستم قدرت اتصالی مبدل پلامیس ( Pelamis PTO )

سیستم پلامیس، یک مبدل انرژی موج دور از ساحل و معلق است که به صورت منقطع به کف دریا متصل شده و شامل یک سری سیلندرهایی است که به صورت لولایی بخ یکدیگر متصل شده اند. این سیلندرها تا نصف حجم خود ، زیر سطح آب هستند. امواج با حرکت دادن قسمت های استوانه ای مجاو نسبت به یکدیگر در میان اتصالات با دو درجه آزادی ، بر روی سیستم پلامیس ، کار انجام می دهند. هر دو محوری که بوسیله یک لولا به یکدیگر متصل شده اند به صورت مایل نسبت به افق قرار دارند. این بدین منظور است که عکس العمل مایل کل شبکه توسط PTO ایجاد می شود.

در این حالت دستگاه PTO در برابر حرکت زاویه ای نسبی اتصالات ( لولا ها) مقاومت کرده و واکنش نشان می دهد. واکنش مایل ، سختی هیدرواستاتیک مؤثری ، کمتر از یک واکنش عمودی را ایجاد می کند که باعث بوجود آمدن یک ارتعاش طبیعی وابسته به شیب محور می شود. بنابراین، ماشین می تواند به گونه ای طراحی شود که عکس العمل مقاومی را که تولید می کند با فرکانس غالب موج ( ماکزیمم فرکانس موج ) موجود در منطقه ای که دستگاه نصب شده است ، برابر شود ؛

که در نتیجه موجب کاهش توان مورد نیاز ( برای فعالیت) دستگاه PTO می شود . سطح ( مقدار ) انرژی محرک تبدیل شده به عکس العمل مقاوم بوسیله دستگاه PTO کنترل می شود.
دستگاه PTO یِ پلامیس شامل یک مجموعه از سیلندرهای هیدرولیکی است که سیال مورد نظر را از طریق لوه های رابط ، به انباشتگر ( accumulator ) های پرفشار به منظور ذخیره سازی کوتاه مدت پمپ می کند. موتورهای الکتریک از انرژی سیال پرفشار که از انباشتگرها می آید ، استفاده می کنند و ژنراتورهایی را که به آنها وصل هستند ، تغذیه می کنند.

دستگاه PTO ی ِ پلامیس در دو قسمت قابل بررسی است ، که یکی قسمت انتقال قدرت اولیه و دیگری قسمت انتقال قدرت ثانویه نامیده می شود . قسمت انتقال قدرت اولیه ، شامل سیلندرهای هیدرولیک و دستگاه های کنترل کننده آنها ، کار انجام شده توسط امواج بر روی سیستم را به انرژی ذخیره شده تبدیل می کند. قسمت انتقال قدرت ثانویه ، شامل موتورهای هیدرولیکی متصل به ژنراتورهای الکتریکی ، انرژی ذخیره شده در مخازن را به برق تبدیل کرده و در نهایت برق ایجاد شده را به ساحل منتقل می کند . این نوع تقسیم بندی که بوسیله انباشتگرهای پرفشار سیال فراهم می شود، جذب و دریافت با صرفه انرژی را تحت شرایط مختلف آب و هوایی دریا و نیروی متغیر امواج میسر می کند .

گشتاور مفصلی ایجاد شده توسط سیلندرها ، باید با هر چرخه موج طوری تغییر کند که امواج ماکزیمم کار خود را بر روی سیستم انجام دهد. کنترل لحظه ای گشتاور مفصلی با استفاده از یک سری دریچه های کنترل شده الکتریکی ، که جریان سیال را مابین سیلندرهای هیدرولیکی و انباشتگرها و مخازن اصلی کنترل می کند ، بدست می آید.

انتقال قدرت هیدرواستاتیکی مرسوم و قدیمی ، که از پمپ های جفتی با جابجایی متغیر به منظور تحویل جریان و فشار متغیر سیال ، استفاده می کند ، به طور عادی یک بازده ماکزیمم در حدود 60% دارد. در این سیستم ها، راندمان از نقطه اده ال فعالیت خود به صورت قابل توجهی پایین می آید. بعلاوه ، یک سیستم قدیمی انتقال قدرت که برای جذب کامل انرژی امواج اتفاقی ( امواج ناگهانی = incident waves ) ارزیابی شده است ، در مقابل امواج کم قدرت و ضعیف ، فعالیتی غیراقتصادی و با ازده کم دارد.

در مقابل ، در دستگاه PTO هر زمان که یک محفظه انرژی مبادله سیال با انباشتگرها را تحت شرایط با فشار بالا انجام دهد، تنها موضوعاتی که باعث پایین آوردن بازده می شوند، مربوط به تراکم پذیری سیال ، اصطکاک دستگاه ها و خمیدگی لولا ها و در نهایت جریان های از دست رفته از طریق لوله ها و دریچه ها است. بنابراین یک طراحی دقیق و هوشیارانه می تواند مجموعه این افت ها را به کمتر از 20 % در تمامی شرایط کاری برساند. قسمت انتقال قدرت اولیه پلامیس می تواند به راحتی جذب انرژی را از امواج ناگهانی تا 10 برابر نسبت به سیستم قدیمی افزایش دهد. همچنین در برابر امواج ضعیف و کم توان که در بیشتر ایام سال بر دریا حاکم هستند ، راندمان بالایی بدست می آید.