انرژی جزر و مد
جزر و مدها به بالا آمدن و پائین رفتن سطح آب اقیانوسها مربوط هستند، جزر یعنی پائین رفتن آب و مد یعنی بالا آمدن سطح آب.
تاریخچه
در قرن یازدهم از انرژی جزر و مد در ساحل اقیانوس اطلس در فرانسه ، انگلستان و اسپانیا با قراردادن دستگاههایی استفاده شد. استفاده عملی از انرژی جزر و مد در ابعاد تجربی بزرگ در قرن نوزدهم ادامه داده شد. تآسیسات 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. توان مکانیکی چنین ماشینهایی بین 30 تا 100 کیلو وات بوده است. استفاده از انرژی جزر و مد برای تولید الکتریسته اخیرا پیشنهاد شده است. تکنولوژی نو و مهندسی پیشرفته در ساختن سدهای آب و توربینها و بالا رفتن قیمت دیگر منابع انرژی سبب توسعه بیشتر استفاده از انرژی جزر و مد شده است.
منشأ جزر و مد
اساسا جزر و مد بر اثر نیروهای برهمکنش جاذبه‌ای و سینماتیکی دستگاه زمین ماه خورشید بوجود می‌آید. تأثیرات خورشید و ماه بر روی زمین ، تئوری تعادلی جزر و مد را مشخص می‌کند. نیروی مولد جزر و مدی سایر اجسام سماوی به علت دوری فاصله یا کوچکی جرم قابل چشم پوشی هستند. جزر و مدها اثر قابل ملاحظه‌ای در پارامتر های مداری دستگاه زمین ماه را دارند. حرکت ماه را در بررسی دقیق جزر و مد دخیل می‌دانند. کل نیروهای مولد جزر و مد کوچک است. نیروی اساسی مولد جزر و مد مربوط به ماه است.
انرژی جزر و مد و انتخاب محل
کل انرژی جزر و مدی توزیع شده روی زمین حدود 3x106 Mw است. مهمترین عامل تخمین انرژی جزر و مدی عبارتست از ارتفاع جزر و مد و سطح حوضه جزر و مدی است. ماکزیمم انرژی که می‌توان به هنگام دوره جزر و مد تولید کرد، عبارت است از Emax= d g s h2 در این فرمول h ارتفاع جزر و مد و S سطح محصور و d جرم مخصوص آب و g شتاب گرانش زمین است.
اولین طرح بزرگ انرژی الکتریکی از جزر و مد در فرانسه در سال 1966 شروع به کار کرد. در این واحد ضریب توان ، تبدیل انرژی جزر و مد به الکتریسته در حدود 18 تا 25 در صد است. انرژی جزر و مد آلوده کننده نیست و برای موجودات دریایی نیز اثرات کمی دارد.
تکنیکهای استفاده از انرژی جزر و مد
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 توسط یک سد مورد استفاده قرار میدهد. در طول دوره تناوب یا بالا آمدن آب از دریچه‌های راههای کانالی حوض را پر می‌کند. وقتی که سطح آب در حوض بالاتر از سطح آب دریا هست، انرژی پتاسیل آب مسدود شده حوض با گذشتن از توربین مولد الکتریسته انرژی تولید می کند. در این طرح حدود 5 ساعت تولید و 6 تا 7 ساعت پرکردن مجدد و توقف مشخص 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 بکار بردن چنین دستگاهی انرژی بیشتری نسبت به طرح قبلی تولید می‌شود. 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 گران قیمت هستند. انرژی خروجی تکنیک مولد یک دو راهه نیز باید با پمپ کمکی اصلاح شود، توسعه طرح انرژی جزر و مد لارانس برای دو راه عملیات حوض تنها با پمپ بوده است.
انرژی جزر و مد
جزر و مد در اثر کش جاذبه‌ای ماه و خورشید و چرخش زمین بوجود می‌آید. نزدیک سواحل دریا، سطوح آب می‌توانند تا 24 متر بالا کشیده شوند. تنها حدود 24 نقطه وجود دارد که دارای شرایط مناسب و حدود جزر و مدهای کافی (حدود 6 متر) برای تولید انرژی به صرفه است. ساده‌ترین سیستم تولید نیرو برای دستگاههای جزر و مدی شامل سدی به صورت مانع در عرض مدخل کولاب حاشیه‌ای دریا است. دروازه‌های آبگیر مانع به ظرف جزرومد هنگام جزرومدهای بزرگ اجازه ورود آب را میدهد و آب را از میان سیستم توربین خروجی عبور میدهد. این زمان که بین بالاترین نقطه مد و پایین ترین نقطه جزر وجود دارد را ebb tide می‌گویند. سیستم‌های دوراهه‌ای برای تولید برق همه در هنگام حدوهم در هنگام جزر وجود دارد
موانع جزر و مدی می‌توانند سطح جزرومد را در ظرف تغییر داده و آشفتگی را در آب بالا ببرند. این مسئله می‌تواند روی جهت یابی و تفریح نیز تأثیر بگذارد. بزرگترین ضرر بالقوه نیروی جزر و مدی، تأثیر یک ایستگاه جزر و مد روی گیاهان و حیوانات مصب کولاب است
دو نوع مانع تجاری از لحاظ اندازه در حال حاضر مورد استفاده است. یکی در لارنس (La Rance) فرانسه و نوع دیگر در کانادا، نوا اسکوتیا (Nova Scotia) رویال آناپلیس (Annapolis Royal) است. ایالات متحده هیچ دستگاه جزرومدی ندارد و تنها محل که نیروی جزرومدی می‌تواند انرژی به صرفه اقتصادی را تولید کند در نظر داردفرانسه، انگلستان، کانادا و روسیه استعداد بیشتری از این بابت دارند
همچنین حصارهای جزرومدی می‌توانند انرژی جزرومد را مهار کنند، یک حصار جزر و مدی دارای توربینهای قائم محور هستند که روی یک حصار سوار شده است. تمام آبی که عبور می‌کند به درون توربینها رانده می‌شود. این تأسیسات در نواحی مانند کانالهای بین خشکی‌ها نیز می‌توانند بکار گرفته شوند. حصارها تأثیر زیست محیطی کمتری نسبت به موانع جزرومدی دارند، اگرچه می‌توانند برای حرکت حیوانات بزرگ دریایی مشکل ساز باشند. هزینه نصب حصارهای جزرومدی نیز کتمر از موانع جزر و مدی است. یک حصار جزر و مدی در سواحل فیلیپین در حال فعالیت است.
توربینهای جزر و مدی تکنولوژی جدیدی هستند که در بسیاری از نواحی جزر و مدی بکار گرفته می‌شود. اساساً آنها توربینهای بادی هستند که در هر محلی که جریان جزر و مدی قوی دارد، واقع شده‌اند. از آنجا که آب 800 مرتبه چگال تر از آب است، توربینهای جزر و مدی مجبور به داشتن مقاومت بیشتری از توربینهای بادی خواهند بود. این توربینها سنگین‌تر و گران‌تر هستند اما قادرند انرژی بیشتری را به دام بیاندازند.
انرژی امواج
موج در اثر وزش باد روی سطح اقیانوس بوجود می‌آید. در امواج اقیانوس انرژی خارق‌العاده‌ای وجود دارد. مجموع نیروی امواجی که خطوط ساحلی دنیا را در می‌نوردند، 2 تا 3 میلیون مگاوات تخمین زده می‌شود. سواحل غربی ایالات متحده و اروپا و سواحل ژاپن و نیوزلند محلهای مناسبی برای مهار انرژی امواج اقیانوسهستند. یکی از راههای مهار انرژی امواج این است که خط سد امواج را به کانالهای باریک کج کرده و در آنجا متمرکز کنیم. این کار باعث نیرو و اندازه امواج می‌شود. سپس امواج می‌توانند به ظرف‌هایی کانال کشی شده و یا مستقیماً برای گرداندن توربینها به کار روند. هیچ دستگاه انرژی موجی تجاری بزرگی وجود ندارد، اما انواع کوچک آن موجود می‌باشند، مکانهای ساحلی کوچک بهترین وضعیت را آینده نزدیک برای تولید انرژی موجی کافی برای جوامع محلی دارند
تبدیل انرژی حرارتی اقیانوس (OTEC)
انرژی خورشید سطح آب اقیانوس را گرم می‌کند. در نواحی استوایی، سطح آب تا بیش از 40 درجه گرم تر از درون آب است. این اختلاف حرارتی می‌تواند برای تولید برق به کار برده می‌شود. سیستم OTEC باید اختلاف دمایی حداقل 25 درجه سیلیوس داشته باشد تا بتواند کار کند، هاوایی از سال 1970 برای OTEC مورد بررسی قرار گرفت. امروزه هیچ عملکرد وجود ندارد. کشمکش‌های زیادی وجود دارد.اول اینکه سیستم‌های OTEC بهره بالای انرژی ندارند. پمپ کردن آب مشکل مهندسی بزرگی‌ست. برق نیز باید به خشکی انتقال یابد. برای رسیدن به تکنولوژی لازم جهت تولید و انتقال اقتصادی برق از سیستم 10 تا 20 سال وقت نیاز است.