عاجل

عاجل

كيفية تحويل الطاقة الموجية إلى طاقة كهربائية؟

تقرأ الآن:

كيفية تحويل الطاقة الموجية إلى طاقة كهربائية؟

حجم النص Aa Aa

في هذا العدد من برنامج "فيتوريس"، سنتعرف على 3 من أحدث الابحاث الأوربية الواعدة. البحث الأول في المحيط الأطلسي ويتعلق بتحويل الطاقة الموجية إلى طاقة يمكن استخدامها لانتاج الكهرباء. اما البحث الثاني فهو في ريغا، لاتفيا، حيث يطور الباحثون قاطرة قديمة للتمكن من السير بالغاز الطبيعي. والحث الثالث في السويد ويتعلق بكيفية تحسين القدرة التنافسية لمحطات الطاقة الأوربية من خلال استخدام مخلفات الخشب. لمزيد من التفاصيل، توجه مراسلنا خوليان لوبيز غوميز إلى الأماكن الثلاثة التي تجري فيها هذه البحوث: المحيط الأطلسي، لاتفيا، والسويد.

المحيط الأطلسي: تحويل الطاقة الموجية إلى طاقة لانتاج الكهرباء

لأن المياه تغطي ثلاثة أرباع الكرة الأرضية، الطاقة الموجية، أي التي تنتجها حركة الأمواج تحمل إمكانات هائلة. لذلك، جزر أوركني هي مكان مثالي لاختبار نموذج أولي لتحويل حركة الأمواج إلى طاقة. للقيام بالتجاربأ ركب الباحثون منصة يطلق عليها اسم "البطريق"

"حين تمر الموجة، يبدأ الهيكل المتناظر بالحركة. في داخل الهيكل، هناك كتلة تبدأ بتتبع حركة الهيكل. المولد يبدأ بالحركة أيضاً. بهذه الطريقة يتم تحويل حركة الموجة إلى دوران مستمر داخل البطريق "، يقول تيمو لوتي، مهندس كهربائي ومتخصص بالاتمتة، يعمل على مشروع WELLO OY.

تم تركيب النموذج الأولي في ربيع العام 2017. ويرتكز على عمق 50 متراً في أعماق البحر.

"حصلنا على أمواج ضخمة هذا الشتاء يمكن أن تصل إلى 18 مترا، وحصلنا ولفترات عدة على موجات ارتفاعها 10 أمتار، وكل شيء كان على ما يرام"، يقول ديفيد كوزينس، مهندس تحكم في المشروع.

أسلاك الغواصات تحمل الطاقة المجمعة لغاية هذه المحطة حيث يتم تخزينها، ثم دمجها في شبكة الطاقة المحلية. عن هذا الموقع تقولليزا ماكينزي وهي مديرة تجارية في المركز الأوروبي للطاقة البحرية: "هذا الموقع قادر على التعامل مع 7 ميغاوات من إنتاج الكهرباء. كل سلك يصل إلى هنا يمكن أن ينقل 1 ميغاوات. الشيء المهم في تزويد الشبكات بهذه الكهرباء هو أن يتمكن مطورو النموذج الأولي من التعامل مع الكهرباء التي تنتج خلال الفترة التجريبية ".

يتم التحكم في النظام بأكمله من هذه الجامعة المحلية. تساعد الألياف البصرية البطريق على إرسال البيانات لمهندسي التحكم.

"يوجد 40 أو 50 آلة على متن السفينة بفضلها نقوم بتجربتها بسرعة كبيرة. ويمكننا الحصول على معلومات من الرقابة وعلى بيانات. مثلاً، لدينا مقاييس تسريع قياسية تخبرنا بما تقوم به السفينة، مدى تسارعاتها وفي أي اتجاه "، يقول ديفيد كوزينس، مهندس تحكم في المشروع.

وفقاً للباحثين، سيغير البطريق اللعبة في سوق الطاقة الموجية التي تقدر قيمتها ب 74 مليار يورو تقريباً.

"حين تُستخدم كل هذه المصادر والتقنيات بالكامل، أعتقد أن أوروبا والعالم باسره سيتغير تماما". يضيف تيمو لوتي، مدير التشغيل في مشروع WELLO OY.

هذا البحث هو جزء من عدد لا يحصى من المشاريع التي يمولها مجلس الابتكار الأوروبي، والذي يهدف إلى تسريع الابتكارات الواعدة في الاتحاد الأوروبي.

وفقا لبعض الإحصاءات، 85٪ من زيادة الإنتاجية في الدول المتقدمة ناجمة عن الابتكار. لكن الشركات الأوروبية لا تزال تنفق أقل على البحث والتطوير من المنافسين في بقية انحاء العالم.

لو كانت حصة الابتكارات التي طرحت في الأسواق في أوروبا موازية لحصة الولايات المتحدة، هذا سيخلق ما يصل إلى مليون وظيفة جديدة في السنوات العشرين المقبلة، وإضافة 2000 مليار يورو إلى الناتج المحلي الإجمالي الأوروبي.

لتحقيق هذا الهدف، يخصص مجلس الابتكار الأوروبي مبلغ 2.7 مليار يورو لتمويل الأبحاث الأوروبية ومساعدتها على تسويق هذه الاكتشافات في مجالات مختلفة.

لاتفيا: تطوير قاطرة قديمة للتمكن من السير بالغاز الطبيعي

البحث الثاني يتعلق بابتكار واعد آخر : انه في جهاز عمره 30 عامًا. لمزيد من التفاصيب، توجه مراسلنا خوليان لوبيز غوميز إلى ريغا في لاتفيا، حيث قام العلماء بتحديث قاطرة ديزل قديمة لتتمكن من السير بالغاز الطبيعي. يأمل الباحثون أن يساعد عملهم على إبقاء قطاع السكك الحديدية الأوروبي على المسار الصحيح من الناحية الاقتصادية .

بضعة أيام تكفي لتركيب حوالي 25 قطعة ميكانيكية تسمح للقاطرة بالتحول من الديزل إلى الغاز الطبيعي. يسمح هذا التحديث بتخفيض ما بين 15 و 20 المائة من الانبعاثات وأكثر من 30 بالمائة من أكاسيد النيتروجين بفضل شبكة معقدة من الأجهزة المبتكرة، كما يوضح لنا الباحثون.

" في هذا النظام الأساسي للديزل - الغاز، هناك مكونات مختلفة جداً: بدءاً بنظم تخزين وضغط الغاز، هناك أيضاً حل إلكتروني لإدارة إمدادات الديزل من جهة وإمدادات الطاقة. وهناك أيضا منصة القياس عن بعد. وعلينا أن نذكر أيضاً أنظمة السلامة ضد الحريق والكشف عن التسربات المحتملة للغاز "، يقول تيكولاي فوليف، مهندس تقني في مجموعة DIGAS.

وفقا للباحثين، تم تصميم النظام لإعطاء الفرصة لأولئك الذين يستخدمونه لجعل استثماراتهم مربحة في حوالي ثلاث سنوات، خاصة من خلال انخفاض فاتورة الديزل. تهدف التقنيات المختلطة إلى مواجهة التحديات الحرجة في قطاع السكك الحديدية وهي تكاليف الوقود والتأثير البيئي.

تمثل تكاليف الوقود ما يصل إلى 50٪ من تكاليف التشغيل في السكك الحديدية. استبدال الديزل بالغاز الطبيعي، يقلل من تكلفة الوقود بنسبة 40٪. "، يقول بيتر دومنكو، الرئيس التنفيذي لمجموعة DIGAS.

القاطرات الهجينة التي تعمل بالغاز الطبيعي والديزل تجد حلاً لتحديات أخرى أيضًا: مثلاً، تتعرض محركاتها لدرجات حرارة أعلى وضغط احتراق أعلى. لكن المهندسين وجدوا الحل في حاسوب متطور وحلول ميكانيكية.

"يحتوي نظام القياس عن بعد على وظيفة إرسال تعطي إنذارًا مبكرًا في حالة وجود موقف حرج. تساعدنا هذه البيانات في تقليل أوقات الصيانة وتحسين الأداء عند استخدام قاطرات بديلة أخرى. كما يمتلك النظام منصة ذكاء اصطناعي للتحذير من المشاكل المحتملة للمحرك والتي لا يمكن اكتشافها بطريقة أخرى"، يقول أوليغ غوليفتش، مهندس اتصالات، مجموعة DIGAS

هذه التقنية وغيرها من نفس النوع تلبي حاجة في لاتفيا حيث أن قاطرات الديزل الشائعة في البلاد ليست فعالة والكهربة الكاملة للشبكة الوطنية تتطلب استثمارات ضخمة. انها ستساعد في جعل هذا القطاع أكثر قدرة على المنافسة في المستقبل، وفقا لمدير شركة السكك الحديدية اللاتفية.

" نواجه منافسة شديدة ليس في النقل البري فقط بل وفي شركات السكك الحديدية الأخرى. لذلك نحن بحاجة إلى الاستثمار في تقنية جديدة مبتكرة يمكنها أن تمنحنا ميزة أكبر وتجعلنا أكثر قدرة على المنافسة"، يقول ايفانس بيرزنس، رئيس مجلس الإدارة، السكك الحديدية، لاتفيا.

السويد: تحسين القدرة التنافسية لمحطات الطاقة الأوروبية؟

في السويد، تُستخدم نشارة الخشب ككتلة حيوية. هنا، يتم استخدام 100 ألف طن من مخلفات الخشب سنوياً لإنتاج الطاقة. وهناك اختبار تقني مبتكر لتحسين الكفاءة والقدرة التنافسية لهذا القطاع. يستخدم هذا المركز مخلفات الخشب لإنتاج الطاقة لتوفير التدفئة والماء الساخن لعشرين ألف شخص تقريباً. تتم استعادة هذه المخلفات الخشبية في الغابات، انها غير متجانسة: تتكون من رقائق اللحاء والجذور والفروع. جودتها متفاوتة جدا.

في كثير من الأحيان، لديها قيمة منخفضة للطاقة وأحيانا رطبة جداً. وهناك صعوبات أخرى ...

"هذا مثال للحالات التي نواجهها عادة: هذا هو الرماد المتبقي بعد احتراق مخلفات الخشب التي تحتوي على الكثير من الأوساخ والرمال والحجارة. في هذه الحالة، يكون الرماد الناجم هذه الكتلة الزجاجية التي يمكن أن تضر بعمل نظامنا بأكمله.

هذه الحالية ترغمنا على القيام بأعمال صيانة عالية التكلفة يمكن أن تؤدي إلى ايقاف إنتاجنا للطاقة، لأننا نحتاج إلى وقف أنشطة الاحتراق لتنظيف الفرن "، يقول تومي كاندبلوم، مسؤول التدفئة، NORRTÄLJE ENERGI.

لمواجهة هذا التحدي، قام الباحثون الأوروبيون بتركيب محلل للوقود الحيوي. دقيقة واحدة كافية لتقدير كمية الرطوبة في مخلفات الخشب، وقيمته الحرارية ووجود الرمال أو الحجارة. عادة، هذه التحليلات تستغرق ما يصل إلى أسبوع عند القيام بها في المختبرات.

"أولاً، إنها مشكلة اقتصادية. يمكنك التحقق من جودة الوقود الحيوي وان تدفع مقابل ما تشتريه. أنت تدفع ثمن ما تركته الشاحنة لك. هناك أيضًا مشكلة بيئية، حيث تحصل على نسبة أقل من الانبعاثات والرماد إذا كان الوقود الحيوي عالي الجودة، وهذا سيقلل من اعمال الصيانة أيضاً. تقليل وجود الأحجار والرمل والأوساخ في الغلايات يعني كمية أقل من النفايات "، يقول كارل ويجيكي، مدير المبيعات، MANTEX

يقول الباحثون إن التحدي الرئيسي يتمثل في كيفية معايرة مخلفات الخشب لكي يوفر المحلل بيانات موثوقة.

يعتمد النظام على أشعة إكس، التي تسمح بتحديد بعض المواد كالرمل أو الحجارة، مع كثافة أعلى من الخشب.

يمكن أن تكون مخلفات الخشب معقدة للغاية. يمكن أن تكون أشبه برقائق الخشب العادية او الأوساخ. معايرتها أمر معقد جداً لأنكم تضطرون إلى معايرة الكثير

من المواد المختلفة. هذا المختبر يمكّننا من الحصول على العينات الصحيحة وإجراء هذه المعايرات "، يقول رالف تورغ، الكيمياء التحليلية، MANTEX.

الخطوة المقبلة هي تثبيت مثل هذه المحللات على سيور ناقلة لتحليل أسرع لكميات أكبر من الكتلة الحيوية. يقول المسؤولون إن تكاليف التشغيل المنخفضة يمكن أن تترجم إلى أسعار طاقة أرخص.

"يمكن أن يساعدنا المحلل في توفير ما بين 100 ألف و 150 ألف يورو سنوياً، حيث يمكننا أن ننتج المزيد من الطاقة وأن نقلل من أعمال الصيانة"، يقول تومي كاندبلوم، مدير لمنطقة التدفئة، NORRTÄLJE ENERGI.

يوفقاً للمطورين، قول المطورون إن تقنية التحليل هذه يمكن أن تُستخدم في المواد الخام الأخرى المستخدمة كوقود حيوي حول العالم، مثل قش الأرز أو قش الحبوب.

المزيد من عالم الغد