تعتبر كل من طاقة الأمواج وطاقة المد والجزر عادةً مع بعضهما البعض على الرغم من أنهما تعملان بمبادئ أساسية مختلفة، وربما من المفروض الرجوع إليهما كفرع من( طاقة المحيط). إن طاقة المدر والجزر هي نوعاً ما فريدة في أنها مصدر طاقة متجدد لا يعتمد على طاقة الشمس بالنسبة إلى قوته الدافعة الأساسية. هناك ميزة جذابة أخرى ليست مشتركة مع مصادر طاقة متجددة أخرى، وهي أن طاقة المد والجذر بطبيعتها يمكن توقعها بشكل كلي، حيث يتم توقع حركة المد والجزر بيسر من الحركة النسبية للأرض والقمر. هناك طريقتان يمكن فيهما تسخير هذا التغير المتوقع ارتفاع سطح المحيط كي يستخدم كمصدر للطاقة المتجددة.

الطريقة الأولى في تسخير طاقة المد والجزر هي باستخدام شكل من السدود، أو حاجز مد وجزر الحجز كميات كبيرة من المياه التي تتدفق إلى خزان للمد. عندما ينحسر المد، فإن اختلاف ارتفاع الماء بين الخزان الممتلئ ومستوى سطح البحر المنبسط خارج الخزان يمكن استخدامه لتمرير الماء عبر توربينات هيدروليكية ذات ارتفاع منخفض مشابهة لتلك المركبة في المحطات الكهرومائية الكبيرة. في بعض الحالات يمكن أيضاً ترتيب التوربينات بحيث تتولد القدرة خلال طوفان الخزان المائي خلف الحاجز، بالإضافة إلى التوليد خلال انحسار الجزر عندما يفرغ الخزان. كذلك، يتأثر هذا النوع من المحطات كثيراً بالطوبوغرافيا المحلية، حيث إن مصبات الأنهار في الأماكن ذات التغيرات العالية في المد، توفر معظم المواقع الفاعلة اقتصادياً بالنسبة إلى طاقة المد والجزر.

إن محطة المد والجزر الوحيدة ذات الحجم الكبير التي بنيت بهذه الطريقة هي محطة لارانس (LaRance) قرب سان مالو (St.Malo) على ساحل فرنسا دخلت هذه المحطة الخدمة في عام 1966، واستفادت من ميزة مجال المد الذي يبلغ 8 أمتار تقريباً، ذات وهي قدرة توليد عظمى تبلغ 240 ميغاواط كهربائي تم استخدام توربينات بصلية) (Bulb Turbines) ذات الأجنحة القابلة للانعكاس، بحيث يمكن توليد جزء من القدرة خلال عمليات المد عندما يملأ الخزان بينما يتم توليد معظم القدرة خلال تفريغ الخزان عندما ينحسر المد.

تولد التوربينات 610 جيغاواط ساعة من الكهرباء في السنة، التي تؤدي إلى معامل سعة أقل بقليل من 30 في المئة. هناك محطة تجريبية أصغر بكثير عند Annapolis Royal) في منطقة خليج فندي في كندا ذات قدرة عظمى تساوي 20 ميغا واط كهربائي، وبتوليد حوالى 50 جيغاواط ساعة من الكهرباء في السنة، لديها أيضاً مُعامل سعة حوالي 30 في المئة.

تمت دراسة محطات طاقة أخرى ذات حواجز مد كبيرة، تتضمن طروحات من أجل محطات كبيرة جداً في مصب سيفرن في جنوب - غرب إنجلترا وفي خليج فندي في كندا، لكن حتى الآن لم يتم بناء هذه المحطات السبب في ذلك هو كلفة الانشاء العالية، ما يؤدي إلى تكاليف عالية للكهرباء، وبخاصة بالمقارنة بمحطات كهرومائية من الحجم نفسه هذه الكلفة العالية نسبة لمحطة كهرومائية يمكن أن تفسر باختلافين رئيسين بين محطة سد المد والجزر ومحطة مائية تقليدية. الاختلاف الأول هو أن علوّ الماء (Head) بالنسبة إلى محطة المد والجزر هو بالضرورة محدد بمدى المد والجزر المحلي الذي هو عادة أقل بكثير مما هو الحال في محطة كهرومائية نموذجية، ما يحد بشدة من قدرة الخرج. أما الاختلاف الثاني فهو ناتج من الطبيعة المتقطعة لفعل المد والجزر، ما يعني أن محطة المد والجزر قادرة فقط على التوليد عند القدرة العظمى خلال فترة قصيرة من الزمن نسبياً عندما يصل الماء المحجوز خلف سد المد والجزر إلى مستواه الدروي. عندما يتدفق الماء المحجوز عائداً إلى البحر، فإن على الماء المتوافر يتناقص باستمرار ما يؤدي إلى قدرة توليدية أقل. لهذا السبب فإن مُعامل السعة لمحطات طاقة المد والجزر (كما لاحظنا بالنسبة إلى محطتي لارانس وأنابوليس) محدود به 30 في المئة تقريباً، الذي هو أقل بكثير من معاملات معظم المحطات الكهرومائية الكبيرة، ينتج هذا المُعامل المنخفض من الاستثمار الضعيف لكلفة الإنشاء الكبيرة المطلوبة عادةً في أعمال الهندسة المدنية للتمكن في النهاية من حجز مياه كافية خلف السد، ما يؤدي إلى دفع كلفة إنتاج الكهرباء إلى درجة أعلى.

الطريقة الثانية لحجز الطاقة من قوة المد والجزر هي في استثمار الطاقة الناجمة عن سرعة تدفّق تيارات المد والجزر التي تتشكل بانتظام في الحواجز الساحلية الضيقة كنتيجة للتغير الدوري في مستويات المحيط تعتمد هذه التيارات بطبيعتها، على الموقع لكن يمكن أيضاً أن تحتوي على كميات كبيرة من الطاقة بفترات يومية منتظمة. يمكن بعد ذلك توليد القدرة بغمر توربين أو أكثر في مجرى المد والجزر. تكون التوربينات المناسبة لهذه التطبيقات عادة، مشابهة في التصميم للتوربينات الرياحية وقد تم اختبار كل من التصاميم ذات المحاور الأفقية والمحاور العمودية، ولا تزال تكنولوجيا طاقة تيارات المد والجزر في مرحلة التطوير المبكرة جداً، وقد تم بناء مشاريع تجريبية قليلة فقط. من المحتمل أن يكون المشروع التجريبي الأضخم لطاقة المد والجزر هو التوربين التجريبي (Seafow) المطوّر بواسطة شركة توربينات التيار البحري (Marine Current Turbines المبين في الشكل (1). شغلت هذه الآلة ذات المحور الأفقي على بعد 3 كيلومترات من ساحل ديفون (Devon) قرب لينماوث (Lynmouth) في إنجلترا منذ بدايات عام 2003، وهي تستخدم دواراً (مروحة) بجناحين (بشفرتين) وبقطر 11 متراً، وقادرة على توليد 300 كيلو واط كهربائي. تم تثبيت التوربين على ركيزة رأسية ضخمة تبلغ قعر البحر، ويمكن رفعها فوق سطح الماء لمعاينتها وصيانتها، كما هو مبين في الشكل (1). سوف يتبع هذا المشروع بتصميم ذي دوّارين (مروحتين)، الذي سوف يصمم لكي يعمل مع جريان للماء في الاتجاهين خلال المد والجزر، وسوف يكون بقدرة عظمى 1 ميغاواط كهربائي، ولا تزال مشاريع تجريبية أخرى لتيارات المد والجزر قيد التخطيط، منها تلك التي

الشكل (1) مولد تيار مد وجزر 300 كيلو واط نوع "Seafow" .

المصدر: Marine Current Turbines.

تستخدم سلسلة توربينات ذات محور رأسي متموضعة على شكل سياج (Fence) حيث سيساعد ذلك على زيادة سرعة التدفّق عبر التوربينات في مناطق ذات تيارات مد عالية عند توزيع أو تموضع توربينات التيارات البحرية في مناطق حيث تحدث نشاطات بحرية أخرى، يتم الاهتمام بالطبع، بالمخاطر المحتملة للمراكب البحرية، وبالتالي من المفروض أن تدرس مسألة التصميم والتركيب التوربينات التيارات البحرية، على أي نوع من الحجم الكبير بعناية وبحرص على أساس موقع - بموقع.

هناك أيضاً كمية كبيرة من الطاقة موجودة في أمواج المحيطات على الصعيد العالمي، وقد تم طرح مدى كبير متنوع من الآلات لاستخراج (لتحويل) بعض من هذه الطاقة بطريقة عملية لم تصل حتى الآن أي من هذه التكنولوجيات المأخوذة بالاعتبار إلى الحجم التجاري للتشغيل، لكن البحث والتطوير يستمر في بلدان بحرية عديدة. وقد قدرت قدرة الأمواج في المحيطات المفتوحة على أنها تبلغ 90 كيلو واط للمتر في المحيط الأطلسي الشمالي، لكنها بالطبع تختلف بشكل كبير بحسب الموقع والوقت خلال السنة، من المحتمل أن تكون المملكة المتحدة وهي بلد ذات تاريخ بحري طويل ونشيط، السباقة في هذا المجال، خصوصاً في اسكتلندا وشمال إنجلترا. يمكن أن تكون تجهيزات استخلاص طاقة الأمواج مصنفة بشكل واسع إلى مشاريع على الشاطيء» (On-shore) تهدف إلى استخلاص الطاقة عندما تضرب الأمواج خط الشاطيء، وإلى تجهيزات في مياه بعيدة عن الشاطئ (Off-shore) التي تعتمد على فعل الأمواج بعيداً في البحر على الرغم من جاذبية تجهيزات الأنظمة على الشاطئ بسبب بساطتها، فإنها تعاني تخفيضاً كبيراً في مقدرتها على توليد الطاقة بسبب اضمحلال الطاقة عندما تصل الأمواج إلى الشاطئ إن إحدى أفضل التقنيات المطورة للأنظمة على الشاطئ هي استخدام عمل الموجة في ضغط الهواء في تجويف محاط بشكل جزئي. إن معظم هذه التجهيزات، المعروفة بأجهزة «عمود المياه المهتزة (Oscillating Water Column - OWC) تركز أولاً طاقة الموجة الواردة لكي تولد عموداً مهتزاً . الماء من في التجهيزات الموجودة على الشاطئ بعدئذٍ يضغط عمود المياه المهتزة الهواء في قناة حيث يُستخدم ذلك لتشغيل توربين هوائي من أجل توليد الكهرباء، بسبب انعكاس تيار الهواء باستمرار، يستخدم في بعض الأحيان مقوم لتحويل هذا الجريان إلى تدفق مستمر لتشغيل توربين بسيط. هناك طريقة أخرى وهي استخدام نوع خاص من التوربينات بأجنحة متناظرة، بحيث يبقى تدفق الهواء، في الاتجاهين، قادراً على تشغيل التوربين باتجاه الدوران نفسه.

من المحتمل أن يكون الجهاز الأكثر شهرة لتحويل طاقة الأمواج على الشاطئ جهاز ليميت Powerd Energy Transformer-Limpet)  Land Installed Marine) الرائد بواسطة جامعة كوين (Queen's University) في بلفاست إيرلندا وشركة (Wavegen) البريطانية، بعد تصميم وبناء محطة نموذجية بقدرة 75 كيلو واط كهربائي، تم بناء مشروع تجريبي أكبر بكثير، صمم ليولد 500 كيلو واط قدرة خرج عُظمى على جزيرة (Islay) خارج الساحل الغربي من اسكتلندا اكتملت هذه المحطة (Limpet) الأكبر في عام 2000، ويُبيّن الشكل (2) مخططاً لهذا المشروع. غير أن النتائج الأولية للمحطة كانت غير مرضية، حيث كانت قدرة الخرج أقل بكثير مما هو متوقع بالأصل. ويبدو أن الأسباب في ذلك عائدة إلى عوامل عدة، من ضمنها طاقة الأمواج المنخفضة الواصلة إلى جهاز (Limpet) وعدم الكفاءة في تحويل طاقة الموجات إلى قدرة هوائية (Pneumatic في التوربين الهوائي ذاته. إن حفر وبناء البنية الإسمنتية الرئيسة أنجز خلف سد انضاب مؤقت، ما يعني  أن البنية المنتهية تموضعت في اليابسة على مسافة حوالي 15 متراً من الخط الساحلي. أدى ذلك إلى اضمحلال كبير في قدرة الموجة الواردة من 20 كيلو واط متر عند الخط الساحلي إلى 12 كيلو واط متر عند موقع (Limpet) الفعلي. كذلك كشفت خبرة التشغيل أن توربين ويلز (Wells) الذي يعمل مع تدفق هوائي معكوس أيضاً، كان أقل كفاءة بكثير مما كان متصوراً بالأصل، وبكفاءة مقاسة 40 في المئة فقط. أما قدرة الخرج المقاسة النهائية لجهاز (Limpet) فكانت 21 كيلو واط كهربائي، مقارنة بتقدير التصميم الأولي الذي كان حوالى 200 كيلو واط كهربائي. يوضح هذا المشروع التجريبي أنه على الرغم من أن أمواج المحيط تحتوي على كميات كبيرة من الطاقة، فإن تحويلها إلى طاقة كهربائية مفيدة هو تحد عالي الكلفة.

الشكل (2)مخطط Limpet جهاز عمود المياه المهتزة).

تم اقتراح العديد من الأنواع المختلفة من أجهزة طاقة الأمواج لتعمل بعيداً من الشاطئ واعتمد معظمها على استخدام فعل الموجة لتوفر حركة دورانية جزئية إلى أجهزة كجهاز الـ (Nodding Duck) (Salter)، أو لتحويل الحركة الرافعة البسيطة المكتسبة إلى جهاز عائم كدخل في النهاية إلى مولد كهربائي. يُبيّن الشكل (7-9) رسماً لجهاز سولتر (Salter) في هذه الفكرة المطوّرة في جامعة إدنبره - اسكتلندا، يؤثر مرور الأمواج في حركة دورانية جزئية لجهاز شبيه بكامة (Duck) التي هي حرة لتدور حول محور مركزي مربوط إلى قاع البحر. تستطيع بعدئذ الحركة الدورانية المهتزة من تشغيل مضخة هيدروليكية أو عنصر آخر لتزويد القدرة اللازمة لقيادة مولد كهربائي. إن لهذه الأنواع من الأجهزة إيجابية الوصول إلى المقدرة الكاملة الطاقة الأمواج بعيداً من الشاطئ من دون حصول اضمحلال للطاقة كما ورد أعلاه في حالة التجهيزات المركبة على الشاطئ، وتعاني هذه الأجهزة التحدي في بناء أجهزة كبيرة جداً تستطيع تحمل عواصف شديدة، والحاجة إلى كل من توليد الطاقة في ظروف صعبة في البحر، وفي نقل هذه الطاقة إلى الشاطئ. هناك اعتبار آخر، وهوالتعرض المُحتمل للمخاطر نتيجة حركة السفن، حيث هناك حاجة إلى تغطية مساحة كبيرة من سطح البحر لكي يتم توليد كمية معتبرة من الطاقة. لذا يستمر الكثير من الباحثين في العمل على مجال واسع من الأجهزة، وسوف تؤدي أعمال تطوير لاحقة، من دون شك، إلى التطوير نحو الأفضل لبعض هذه الأجهزة، وبذلك يمكن أن تجعل كلفة الوحدة الكهربائية من هكذا أجهزة منافسة أكثر بالمقارنة مع الكلفة من المصادر التقليدية.

الشكل (3) جهاز طاقة الأمواج "Salter "Nodding Duck .

اخر الاخبار

اخبار العتبة العباسية المقدسة

مستشفى الكفيل يدخل قائمة الاعتماد الدولية بجودة الخدمة وسلامة المرضى

جامعة العميد تقيم ورشة عمل تدريبية في مجال التعليم الطبي الحديث

سماحة السيد الصافي يدعو إلى الاستمرار في تحقيق تراث العلماء الأعلام وتسليط الضوء على فكرهم

شعبة الخطابة الحسينية تختتم الموسم الثامن من مشروع الدورات الصيفية في كربلاء

المزيد

الآخبار الصحية

الأطعمة الحارة.. "سر صغير" يغير صحة قلبك وعقلك

وباء صامت.. الملايين حول العالم مصابون بالسكري دون أن يعلموا !

لماذا ينصح بتناول تفاحة يوميا؟

8 فواكه طبيعية تمنحك نوما هنيئا.. وتخلصك من الأرق

المزيد

الآخبار التكنلوجية

ثلاث علامات على وجود مشاكل خطيرة في محرك السيارة ؟

ماذا نعرف عن اللقاح الروسي ضد السرطان؟

مركبة فضاء تعثر على دليل عن وجود حياة قديمة على المريخ

لتدريب الذكاء الاصطناعي.. الصين تخطط لإنشاء شبكة حوسبة موحدة

المزيد

مواضيع ذات صلة

الطاقة المتجددة و المد والجزر

إسهامات العلماء العرب والمسلمين في نظريات وتطبيقات ظاهرة مد وجزر البحار (على مستوى النظريات)

إسهامات العلماء العرب والمسلمين في نظريات وتطبيقات ظاهرة مد وجزر البحار (على مستوى الأرصاد)

إسهامات العلماء العرب والمسلمين في نظريات وتطبيقات ظاهرة مد وجزر البحار

كتاب وري الزند بالجزر والمد (يتيمة العصر في المد والجزر)

أن القمر هو على المد والجزر والرد على من خالف ذلك

في طول وقصر زمان المد والجزر

الجهة الثامنة في كثرة المد وقلته

الجهة السابعة في كثرة المد وقلته

الجهة السادسة في كثرة المد وقلته

والجهة الثالثة والرابعة والخامسة في كثرة المد وقلته

والجهة الثانية في معرفة كثرة المد وقلته