موفقیتی جدید به دست محققان بوشهری ؛

تولید انرژی الکتریکی از امواج دریا/از روشنایی خط ساحلی و تولید برق نیروگاه تا نجات زیست بوم مرجان های خلیج فارس

محققان در دانشگاه آزاد اسلامی بوشهر، موفق شدند با استفاده از طرحی خلاقانه از امواج دریا، با استفاده از مواد پیزوالکتریک تولید برق کنند.

به گزارش خبرگزاری علم و فناوری استان بوشهر، بکارگیری انرژی های تجدید پذیر دریایی در جهان در حال گسترش می باشد و کشور ایران با بهره گیری از دریای خلیج فارس و دریای خزر می تواند از انرژی های پاک و تجدید پذیر دریایی در کاربردهای خاص استفاده کند.

محققی در دانشگاه آزاد اسلامی بوشهر با راهنمایی اساتیدی چون دکتر نکیسا و دکتر فاطمه بهروزی توانست، با استفاده از طرحی خلاقانه جهت استحصال انرژی الکتریسیته از امواج دریا، کارطراحی، ساخت و نتایج آزمایشات یک مبدل انرژی موج بر اساس ارتفاع امواج ورودی به ساحل انجام دادند، این مبدل در مقیاس آزمایشگاهی تولید شده که دارای یک صفحه میخ دار و یک صفحه از مواد پیزوالکتریک سکه ای از جنس کوارتز به ضخامت نیم میلی متر می باشدکه ضربه های وارد بر مواد پیزوالکتریک موجب ایجاد شوک در این مواد گردیده و سبب قطبیده شدن مواد و تولید الکتریسیته می شود.

تست میدانی و اندازه گیری توان خروجی از مبدل در شرایط نسبتا آرام دریای خلیج فارس، طی سه مرحله یک ساعته در روزهای مختلف انجام پذیرفت. ولتاژ و جریان تولید شده توسط مبدل با پیزوالکتریک کوارتز با ضخامت 5/0 میلی متر با مقادیر بدست آمده توان خروجی از دستگاه محاسبه گردید که بیانگر قابلیت این دستگاه در استحصال انرژی الکتریسیته از امواج دریای خلیج فارس می باشد.

 استفاده از این نوع مبدل در قالب یک مزرعه از مبدل ها می تواند منجر به یک پایگاه تولید توان الکتریکی در خلیج فارس گردد و در کاربردهایی چون مصرف برق شهری، روشنایی خط ساحلی ، تامین انرژی بویه های دریایی و تامین انرژی الکتریکی در جزایر مورد استفاده قرارگیرد.

گفتگویی با مخترع « دستگاه تولید الکتریسیته از موج به وسیله ضربه وارد بر مواد پیزوالکتریک» ترتیب داده شده است که در ادامه می خوانید:

خودتان را معرفی بفرمایید؟

جواد امیراحمدی، فارغ التحصیل مقطع کارشناسی ارشد مهندسی مکانیک – تبدیل انرژی ، دانشگاه آزاد اسلامی استان بوشهر، هستم.

ایده این اختراع چگونه به ذهنتان رسید؟

اختراع صرف این نیست که یک چیزی ساخته شود در حالیکه نیازی از جامعه  را برطرف نکند، استان بوشهر با توجه به ظرفیت دریایی خوب، این نیاز در آن احساس می شد که با استفاده از این نعمت بزرگ الهی به فکر تولید برق در آن بود تا مردم بتوانند تابستان های گرم را تحمل کنند به همین خاطر با توجه به علاقه خاصی که به انرژی دریا داشتم و با مشورت با اساتید اقدام به انجام این طرح کردم.

شما در اختراع خود از مواد پیزوالکتریک نیز در زمینه استحصال انرژی استفاده کردید  بیشتر توضیح دهید؟

مبدل های انرژی دریایی بر اساس نوع کارکرد می توانند از منابع گوناگون جهت تولید انرژی استفاده کنند که این منابع شامل موارد مختلفی نظیر امواج ساحلی و فراساحلی، جریانات جزر و مدی، گرادیان های گرمایی و چگالی، نیروی جاذبه و موارد دیگر می شود، بر این مبنا مبدل های انرژی دریایی مختلفی تا کنون توسعه یافته اند.

سیستم های تبدیل انرژی امواج دریا به الکتریسیته دارای انواع مختلفی می باشند که در داخل و خارج از کشور تولید و مورد استفاده قرار گرفته اند برخی از این سیستم ها عبارتند از: بویه انرژی، ستون نوسانی آب، سیستم آونگی، مبدل ارشمیدسی، مبدل انرژی موج پلامیس و ... .

با پیشرفت علم و دخیل شدن علم مواد در زمینه انرژی، از مواد پیزوالکتریک نیز در زمینه استحصال انرژی استفاده گردید  که با توجه به این که در خلیج فارس طول موج زیاد و ارتفاع موج کم می باشد به طبع آن انرژی در دسترس جهت بهره برداری نیز کوچک خواهد بود به همین جهت سعی شده است که از خاصیت فشار برقی (پیزوالکتریک) مواد استفاده می شود. اثر فشار برقی یا پیزوالکتریک، خاصیت برخی از سرامیک ها، کریستال ها و پلیمرها است که کمک می کند تا انرژی مکانیکی به انرژی الکتریکی و انرژی الکتریکی به انرژی مکانیکی تبدیل شود. این خاصیت نشات گرفته از پلاریزاسیون موجود در ساختار این نوع مواد است. چون در ساختار این نوع مواد تقارن مرکزی وجود ندارد، نیروی خارجی اعمالی سبب تشکیل قطبش شده به گونه ایی که قطب مثبت در یک سو و قطب منفی در سوی دیگر قرار می گیرد، نتیجه قطبش به وجود آمده تشکیل یک میدان الکتریکی است. عکس این رفتار نیز جز خاصیت فشار برقی است به طوریکه با اعمال اختلاف پتانسیل به موادی با خواصی از این دست عکس العمل های مکانیکی ایجاد می شود.

پیزوالکتریک به کار گرفته شده درمبدل انرژی موج ابداعی از نوع کوارتز است که علت انتخاب کوارتز قیمت ارزان و قابلیت دسترسی آسان آن است در ضمن وجود رابطه مستقیم بین تنش/ فشار وارده از موج با مقداری بزرگی الکتریسیته تولیدی است. به این معنا که هر چه میزان کشش و یا فشار بیشتر باشد، جریان الکتریکی تولیدی نیز بیشتر خواهد شد. کوارتز داری اثر فشار برقی به نسبت زیادی در مکانی که عمود بر محور منشوری خود است می باشد، الکتریسته تولیدی توسط کوارتز از نوع متناوب بوده و می تواند بدون نیاز به هزینه اضافه به مصرف شهری یا صنعتی برسد. در حقیقت این خود مزیتی است که بر ارزش استفاده از این نوع خاصیت از مواد می افزاید.

هدف شما از ایجاد این اختراع چه بوده است؟

مبدل ابداع شده برای شرایط دریایی خلیج فارس طراحی شده و هدف اصلی از ابداع آن بکارگیری مبدل در ساحل و جهت کاربردهای خاص نظیر روشنایی خط ساحلی است. از آنجا که خلیج فارس دارای پتانسیل های مختلف انرژی است و شرایط جوی در سراسر آن در بازه گسترده ای در حال تغییر است، تنها داده های پایگاه ثبت اطلاعات در استان بوشهر مورد توجه قرار گرفته است.در این پایگاه، انرژی موج طی 24 سال متمادی در محل قرار گیری پایگاه ثبت شده است.

بین سال های 1990 تا 2000 میلادی، انرژی موج در ناحیه مورد نظر کاهش چشم گیری داشته است که این روند نزولی ادامه پیدا نکرده و از سال 2000 به بعد سیر  صعودی را به خود اختصاص داده است تا جایی که به طور میانگین این میزان انرژی به kw/m 2 در سال 2006 رسیده است.

شرایط دریایی خلیج فارس ارتفاع موجی بین 0.5 تا 1.5 متر با پریود 4 تا 5 ثانیه خواهد داشت. بر مبنای اطلاعات محیطی ارائه شده بدیهی است که مبدل می بایست در جهت غالب انرژی امواج نصب گردیده و باید به نحوی طراحی شود که برای ارتفاع موج خلیج فارس مناسب باشد.

اختراع شما چه قابلیت هایی دارد؟

مبدل طراحی شده کاملا خلاقانه و بر پایه نوآوری بوده و سازگار با پتانسیل موجود در سواحل استان بوشهر و به خصوص شهر بوشهر است. در طراحی این مبدل سعی شده که حداکثر بهره وری به عمل برسد. این مبدل قابلیت آن را دارد که در مساحتی معین در قالب یک مزرعه موج مورد استفاده قرار گیرد این مبدل در ابعاد حدود 1*0.4*0.4 متر ساخته شده است.

اختراع شما چه مزایایی دارد؟

استفاده از مبدل های پیزوالکتریکی می تواند بازده تولید الکتریسیته بالایی را در بر داشته باشد. تولید الکتریسیته از امواج دریا با استفاده از مواد پیزوالکتریک به عنوان یک منبع تولید انرژی پاک و تجدید پذیر می باشد که می توان تحقیقات بیشتری برای بالا بردن بازده آن بکار برد. بر اساس نتایج بدست آمده در این تحقیق استفاده از مواد PZN-9PT به جای کوارتز به صورت پیش بینی شده نیز می تواند راندمانی 1100 برابر داشته باشد. در این مبدل با افزایش ارتفاع امواج مقدار توان خروجی سیستم مبدل انرژی الکتریسیته افزایش می یابد.

الکتریسیته تولیدی از مبدل پیزوالکتریک دارای کاربردهای فراوانی در صنایع مختلف می باشد.

یکی از روش های تکثیر و رشد سریع مرجان ها استفاده از جریان الکتریکی ضعیف است که از این نوع مبدل با توجه تولید جریان الکتریکی در قطع میلی آمپر استفاده نمود. علاوه بر اینکه با اتصال سازه این مبدل به قفس پرورش مرجان تا حدی انرژی امواج جذب شده و آسیب کمتری به سازه قفس می رسد. از دیگر موارد برای استفاده از این نوع مبدل در سازه های فراساحلی نفتی و غیر نفتی بوده که در اینجا هم علاوه بر ممانعت از آسیب امواج به سازه می تواند الکتریسته مناسب و جریان کافی برای جلوگیری از خوردگی در سازه های فلزی در معرض آب را تولید نماید.

این نوع حفاظت در برابر خوردگی که موسوم  به حفاظت آندی است، با توجه به اینکه الکتریسیته مورد نیاز برای جلوگیری از خوردگی را از انرژی امواج تامین می کند بسیار مقرون به صرفه است.تولید توان این مبدل وابسته به سایز و اندازه مبدل نبوده و با تغییر در ساختار مواد پیزوالکتریک و وزن بویه شناور می توان تولید توان را بالا برد و  با توجه به اینکه نصب این سازه در ساحل بسیار آسان و هزینه های نصب مبدل های ساحلی و فراساحلی دیگر را ندارد  می تواند جهت روشنایی پارک ها و خطوط ساحلی نیز استفاده گردد. برتری دیگر این نوع مبدل نسبت به مبدل های ساحلی و فراساحلی عدم دغدغه انتقال الکتریسیته تولیدی به ساحل و استفاده از آن است.

برای تجاری سازی اختراعتون چه برنامه ای دارید؟

در صورت حمایت های خوب و سنجیده این اختراع پتانسیل تجاری سازی دارد.

در چه جشنواره هایی تاکنون شرکت کرده اید؟

نوزدهمین همایش صنایع دریایی که هر ساله برگزار می شود شرکت کردم  که موفق شدم مقاله مربوط به همین اختراع به چاپ برسانم.

با توجه به مسائل اقتصادی جامعه امروز به عنوان یک نخبه چه نقشی در حل این مسئله دارید؟

امروزه ساخــت نیــروگاه‌هــای OTEC(Ocean Temperature Energy Conversion) رو به افزایش است که با تبدیل انرژی حاصل از اختلاف حرارت، به انرژی الکتریکی، گامی نو در تولید برق به شمار می‌رود، اما هنوز تنگناهایی در این راستا وجود دارد که باید رفع شود.

برای نمونه باید خط‌های انتقال نیرو را تا سواحل گسترس داد و بناهای تولید و انتقال را در برابر طوفانهای دریایی و آب و هوای ساحلی مقاوم ساخت و نیز، تجهیزات نیروگاه‌هایی از این دست هنوز بسیار پر‌هزیه است و حجم زیادی اشغال می‌کند.

با ساخت این نیروگاه‌ها می‌توان به مناطقی که به دلیل دور از دسترس بودن یا محصور بودن در آب، امکان وصل شدن به شبکه‌ی سراسری را ندارند، برق رساند و حتی آب شیرین این نواحی را نیز در کنار همین نیروگاه‌ها فراهم ساخت.ایران نیز با داشتن خط ساحلی بسیار طولانی (بیش از 1800 کیلومتر در جنوب) وجزایر متعدد، از جمله کشورهایی است که می‌تواند بهره‌های فراوانی از این انرژی ببرد.

استفاده از انرژی حرکتی فراوان امواج دریا نیز گرچه فعلا" در ابعاد بزرگ امکان‌پذیر نمی‌باشد، اما نمونه‌های کوچک آن برای تولید برق مورد استفاده قرار گرفته است که این اختراع، در صورت انبوه سازی در خط ساحلی، هزینه انتقال انرژی به خط ساحلی کاهش پیدا خواهد کرد و می توان کمک شایانی به کاهش هزینه های برق و همچنین ایجاد اشتغال در استان شد.

مهمترین عاملی که باعث شد در هدف خود محکم و استوار بمانید چه بود؟

علاقه و انگیزه زیاد به این کار باعث شد در جاهایی که حتی هزینه ای برای ادامه کار نداشتم، مانع پیشرفت من نشد و به کارم ادامه دادم تا آن نتیجه ای که می خواستم کسب کردم.

اگر کسب و کار خود را در همین الان از دست بدهید چه کاری می کنید؟

با توجه به شرایط کار و اقتصاد مملکت و سیاست های جامعه هر چیز امکان پذیر است لذا پیش بینی آن شده است و این امر سبب شده که در راستای تجاری سازی این پروژه مصمم شوم.

حرف پایانی

کشور ما برای رشد و توسعه اقتصادی و سیاسی خود نیاز به توسعه ی دانش بنییان اقتصادی خود دارد که این اقتصاد دانش بنیان می تواند در زمینه های تولیدات صنعتی ما را پیش ببرد که برای تحقق این ابتکارات و ایده ها باید اهمیت بیشتری داده شود تا ایده ها و خلاقیت ها به ثمر برسد.

 

انتهای پیام/ حسینی مفرد

زمان انتشار: شنبه ۱۹ آبان ۱۳۹۷ - ۰۷:۰۵:۰۰

شناسه خبر: 72867

دیدگاه ها و نظرات :
نام کامل وارد شود
دقیق و صحیح وارد شود
لطفا فارسی و خوانا باشد
captcha
ارسال
اشتراک گذاری مطالب