lor=red]]تصاميم مطورة لتوربينات كفوءة لتوليد الطاقة الكهرومائية[/size]
توربين جورلوف يستفيد من نسبة عالية من طاقة مياه الأنهار والبحار ويمكن نصبه في المواقع النائية
بوسطن: ساندرا ستايندروف وتوم ريجان *
يشكل الماء حوالي 70 في المائة من سطح الأرض ويعتبر مصدرا ضخما للطاقة في المستقبل، إذ يمكن لنهر الأمازون الذي تتحرك في حوضه أكبر كمية من المياه أن يولد طاقة كهربائية كافية لتزويد كل المدن على ضفافه باحتياجاتها. ويعتبر هذا صحيحا لكل الأنهار الكبيرة في العالم. إذا لما لا نستغل طاقة الماء؟
هذا هو هدف ألكلاندر جورلوف وهو أستاذ في الهندسة الميكاجميلية في جامعة نورث إيسترن في بوسطن، الذي يحاول أن يبشر بفكرته لاستغلال طاقة التيارات المائية والمد البحري. وإذا استطاع هذا النموذج الأولي البسيط الشكل والمكون من أسطوانة تحتوي على توربين بابعاد 36 و40 بوصة، أن يحول قوة مياه المحيطات والأنهار والخلجان إلى كهرباء، فانه قد يغير بشكل جذري مبدأ توليد الطاقة الكهرومائية، وقد يحل مشكلة الطاقة بالعالم. طاقة كهرومائية تشكل الطاقة الكهرومائية اليوم حوالي 7 في المائة من طاقة العالم الكهربائية التي لا يولدها وقود باطن الارض. ومع أن الطاقة الكهرومائية مصدر طاقة نظيف وغير محدود، لكن سعرها غال جدا. ويتحكم بمشاريع توليدها حاليا السدود الضخمة والباهظة الكلفة التي قد تؤدي الى ترحيل الناس وتغطية مساحات شاسعة بالمياه، وهلاك كميات هائلة من السمك التي تحتاج الى أنهر مفتوحة للتكاثر. وأدت مشاركة جورلوف في تصميم وبناء سد أسوان في مصر إلى قناعته أن هذه المشاريع الضخمة ليست بالحل الأمثل لتوليد الطاقة الكهرومائية.
وما يؤخر استغلال الطاقة الكهرومائية واستخدامها هو عدم توفر أجهزة كفوءة ونظيفة بيئيا لتوليدها من الماء، بالإضافة لأسعار الفحم والبترول المنخفضة. ولكن أزمة الطاقة الحالية مع ارتفاع أسعار الوقود، قد تقوي شهية أميركا للطاقة المتجددة والى تطوير توربين جورلوف.
ويقوم توربين جورلوف اللولبي على اساس ما يسمى بتوربين داريوس،الذي صمم للمطاحن في الثلاثينيات. ولكن النموذج الأصلي لم يكن عمليا، إذ انه، بمراوحه المستقيمة، كان كفوءا، ولكنه لم يكن ثابتا، إذ تكلارت المراوح بسهولة نتيجة للاهتزازات الشديدة. وعندما فحصه جورلوف داخل المياه اكتشف انه يعمل بشكل أحسن من أي توربين آخر بالرغم من وجود مشاكل الاهتزازات. وبعد فحوص مختبرية اكتشف أن لي، اي ثني، المراوح بشكل لولبي مثل جزيئات الحامض النووي قد يحل المشكلة. ففي المياه المتدفقة استطاع توربين جورلوف أن يستفيد 35 في المائة من طاقتها مقارنة مع 23 في المائة بواسطة توربين داريوس، و20 في المائة بوساطة توربين تقليدي.
ورغم أن هذا قد لا يعتبر تحسنا جذريا، لكنه يعتبر كبيرا، إذ سيعمل التوربين بشكل متواصل، وبعد فترة من الزمن تظهر فوائد هذا الفرق. وبخلاف التوربينات الأخرى يستطيع توربين جورلوف أن يعمل في كلا الاتجاهين مما يجعله مناسبا للعمل في تدفق المد بالإضافة لحركة الأنهار.
ويتم اختبار توربين جورلوف الآن في بركة مد بحري، ويتوقع أن ينتج 5 كيلوواط ابتداء من هذا الربيع. ومع أن هذا ليس بمقدار كبير، لكنه سيكفي لتزويد الفندق المكون من أربع عشرة غرفة الموصول به. وإذا نجح النموذج الأولي سيتم تركيب المزيد منه على ساحل مدينة مين. ويوجد موقع اختبار آخر في منطقة نائية في البرازيل في نهر الأمازون. ويستخدم سكان هذه المنطقة الذين يبعدون عن خطوط الكهرباء، التوربين لإعادة شحن الكثير من بطاريات السيارات بهدف تشغيل أجهزة التلفاز.
ويتصور جورلوف «مزارع طاقة» ضخمة تحت الماء تولد الكهرباء بوساطة مئات أو آلاف من هذه الأجهزة الموصولة ببعضها في شبكة مثبتة تحت الماء. وستكون تكلفة إنتاج نظام طاقة كهرومائي ما بين 400 إلى 600 دولار لكل كيلوواط. أي أقل من كلفة بناء أنظمة توليد طاقة أخرى. وهذا قبل الأخذ بعين الاعتبار تكاليف وقود باطن الارض. ويقول مؤيدو جورلوف إن لتوربينه منافع أخرى: فعندما ينتج الكهرباء لا يمكنك أن تراه أو تسمع صوته. فهو لا يسبب أن نوع من الإزعاج. ويقول بيتر رودينبش وهو مستشار تعدد الأنظمة في بوسطن: «يمكن وضع توربين جورلوف في موقع ناء بالقرب من نهر ما. وإذا وضعت التوربين في النهر فانه سيجهز القرى المجاورة بطاقة كافية لتلبية كافة حاجاتهم الحالية بالإضافة إلى إنتاج الطاقة لزيادة الدخل».
ويقول إد كرث من شركة طاقة متجددة، حصلت على رخصة امتياز من جامعة نورث إيسترن: «لأن هذا منتج سيستخدم في مناطق نائية فان من المهم أن يكون متينا. وسيكون تصميم انتاجه بالجملة من الألمنيوم، وسيمكن تركيبه بواسطة أدوات عادية حتى يمكن نصبه في المناطق النائية. ويرى جوزيف إجنازيو من شركة التوربين اللولبي في ماستشوستس، الذي كان أول من فحص توربين جورلوف في 1996 عدة تحديات. وأولها هو تخزين الطاقة. فبينما يمكن وصل التوربين بشبكة كهرباء، فان الطاقة التي لا تستهلك فورا تضيع. وبخلاف البنزين مثلا لا يمكن تخزين الطاقة للاستخدام في ما بعد. وبالإضافة للتخزين فهناك أسلوب تصرف الطبيعة. وطرح هذه النقطة ليفنجستون تايلور وهو أستاذ زميل في جامعة هارفارد، يقول: «يجري نهر المسيسبي حاليا بقوة، ولكن ماذا يحدث عندما يبطئ لدرجة الوقوف؟».
والحل الطويل الأمد الذي يقترحه جورلوف هو استخدام التوربين لتفكيك ماء البحر إلى هيدروجين وأوكلاجين من خلال عملية التحليل الكهربائي، وتخزين الهيدروجين في حاويات مضغوطة بعيدا عن الشاطئ. ويمكن استخدام الهيدروجين المخزون لتشغيل مولدات لإنتاج الكهرباء. ومع أن هناك تكنولوجيا لانتاج الهيدروجين بالتحليل الكهربائي متوفرة، ولكن لا يمكن استخدامها بشكل نظام لإنتاج الهيدروجين على نطاق ضخم.
توربين جورلوف يستفيد من نسبة عالية من طاقة مياه الأنهار والبحار ويمكن نصبه في المواقع النائية
بوسطن: ساندرا ستايندروف وتوم ريجان *
يشكل الماء حوالي 70 في المائة من سطح الأرض ويعتبر مصدرا ضخما للطاقة في المستقبل، إذ يمكن لنهر الأمازون الذي تتحرك في حوضه أكبر كمية من المياه أن يولد طاقة كهربائية كافية لتزويد كل المدن على ضفافه باحتياجاتها. ويعتبر هذا صحيحا لكل الأنهار الكبيرة في العالم. إذا لما لا نستغل طاقة الماء؟
هذا هو هدف ألكلاندر جورلوف وهو أستاذ في الهندسة الميكاجميلية في جامعة نورث إيسترن في بوسطن، الذي يحاول أن يبشر بفكرته لاستغلال طاقة التيارات المائية والمد البحري. وإذا استطاع هذا النموذج الأولي البسيط الشكل والمكون من أسطوانة تحتوي على توربين بابعاد 36 و40 بوصة، أن يحول قوة مياه المحيطات والأنهار والخلجان إلى كهرباء، فانه قد يغير بشكل جذري مبدأ توليد الطاقة الكهرومائية، وقد يحل مشكلة الطاقة بالعالم. طاقة كهرومائية تشكل الطاقة الكهرومائية اليوم حوالي 7 في المائة من طاقة العالم الكهربائية التي لا يولدها وقود باطن الارض. ومع أن الطاقة الكهرومائية مصدر طاقة نظيف وغير محدود، لكن سعرها غال جدا. ويتحكم بمشاريع توليدها حاليا السدود الضخمة والباهظة الكلفة التي قد تؤدي الى ترحيل الناس وتغطية مساحات شاسعة بالمياه، وهلاك كميات هائلة من السمك التي تحتاج الى أنهر مفتوحة للتكاثر. وأدت مشاركة جورلوف في تصميم وبناء سد أسوان في مصر إلى قناعته أن هذه المشاريع الضخمة ليست بالحل الأمثل لتوليد الطاقة الكهرومائية.
وما يؤخر استغلال الطاقة الكهرومائية واستخدامها هو عدم توفر أجهزة كفوءة ونظيفة بيئيا لتوليدها من الماء، بالإضافة لأسعار الفحم والبترول المنخفضة. ولكن أزمة الطاقة الحالية مع ارتفاع أسعار الوقود، قد تقوي شهية أميركا للطاقة المتجددة والى تطوير توربين جورلوف.
ويقوم توربين جورلوف اللولبي على اساس ما يسمى بتوربين داريوس،الذي صمم للمطاحن في الثلاثينيات. ولكن النموذج الأصلي لم يكن عمليا، إذ انه، بمراوحه المستقيمة، كان كفوءا، ولكنه لم يكن ثابتا، إذ تكلارت المراوح بسهولة نتيجة للاهتزازات الشديدة. وعندما فحصه جورلوف داخل المياه اكتشف انه يعمل بشكل أحسن من أي توربين آخر بالرغم من وجود مشاكل الاهتزازات. وبعد فحوص مختبرية اكتشف أن لي، اي ثني، المراوح بشكل لولبي مثل جزيئات الحامض النووي قد يحل المشكلة. ففي المياه المتدفقة استطاع توربين جورلوف أن يستفيد 35 في المائة من طاقتها مقارنة مع 23 في المائة بواسطة توربين داريوس، و20 في المائة بوساطة توربين تقليدي.
ورغم أن هذا قد لا يعتبر تحسنا جذريا، لكنه يعتبر كبيرا، إذ سيعمل التوربين بشكل متواصل، وبعد فترة من الزمن تظهر فوائد هذا الفرق. وبخلاف التوربينات الأخرى يستطيع توربين جورلوف أن يعمل في كلا الاتجاهين مما يجعله مناسبا للعمل في تدفق المد بالإضافة لحركة الأنهار.
ويتم اختبار توربين جورلوف الآن في بركة مد بحري، ويتوقع أن ينتج 5 كيلوواط ابتداء من هذا الربيع. ومع أن هذا ليس بمقدار كبير، لكنه سيكفي لتزويد الفندق المكون من أربع عشرة غرفة الموصول به. وإذا نجح النموذج الأولي سيتم تركيب المزيد منه على ساحل مدينة مين. ويوجد موقع اختبار آخر في منطقة نائية في البرازيل في نهر الأمازون. ويستخدم سكان هذه المنطقة الذين يبعدون عن خطوط الكهرباء، التوربين لإعادة شحن الكثير من بطاريات السيارات بهدف تشغيل أجهزة التلفاز.
ويتصور جورلوف «مزارع طاقة» ضخمة تحت الماء تولد الكهرباء بوساطة مئات أو آلاف من هذه الأجهزة الموصولة ببعضها في شبكة مثبتة تحت الماء. وستكون تكلفة إنتاج نظام طاقة كهرومائي ما بين 400 إلى 600 دولار لكل كيلوواط. أي أقل من كلفة بناء أنظمة توليد طاقة أخرى. وهذا قبل الأخذ بعين الاعتبار تكاليف وقود باطن الارض. ويقول مؤيدو جورلوف إن لتوربينه منافع أخرى: فعندما ينتج الكهرباء لا يمكنك أن تراه أو تسمع صوته. فهو لا يسبب أن نوع من الإزعاج. ويقول بيتر رودينبش وهو مستشار تعدد الأنظمة في بوسطن: «يمكن وضع توربين جورلوف في موقع ناء بالقرب من نهر ما. وإذا وضعت التوربين في النهر فانه سيجهز القرى المجاورة بطاقة كافية لتلبية كافة حاجاتهم الحالية بالإضافة إلى إنتاج الطاقة لزيادة الدخل».
ويقول إد كرث من شركة طاقة متجددة، حصلت على رخصة امتياز من جامعة نورث إيسترن: «لأن هذا منتج سيستخدم في مناطق نائية فان من المهم أن يكون متينا. وسيكون تصميم انتاجه بالجملة من الألمنيوم، وسيمكن تركيبه بواسطة أدوات عادية حتى يمكن نصبه في المناطق النائية. ويرى جوزيف إجنازيو من شركة التوربين اللولبي في ماستشوستس، الذي كان أول من فحص توربين جورلوف في 1996 عدة تحديات. وأولها هو تخزين الطاقة. فبينما يمكن وصل التوربين بشبكة كهرباء، فان الطاقة التي لا تستهلك فورا تضيع. وبخلاف البنزين مثلا لا يمكن تخزين الطاقة للاستخدام في ما بعد. وبالإضافة للتخزين فهناك أسلوب تصرف الطبيعة. وطرح هذه النقطة ليفنجستون تايلور وهو أستاذ زميل في جامعة هارفارد، يقول: «يجري نهر المسيسبي حاليا بقوة، ولكن ماذا يحدث عندما يبطئ لدرجة الوقوف؟».
والحل الطويل الأمد الذي يقترحه جورلوف هو استخدام التوربين لتفكيك ماء البحر إلى هيدروجين وأوكلاجين من خلال عملية التحليل الكهربائي، وتخزين الهيدروجين في حاويات مضغوطة بعيدا عن الشاطئ. ويمكن استخدام الهيدروجين المخزون لتشغيل مولدات لإنتاج الكهرباء. ومع أن هناك تكنولوجيا لانتاج الهيدروجين بالتحليل الكهربائي متوفرة، ولكن لا يمكن استخدامها بشكل نظام لإنتاج الهيدروجين على نطاق ضخم.
