طراحی، ساخت و ارزیابی سامانه هزارپایی IRWEC۲

پروژه تحقیقاتی با عنوان " ارزیابی تجربی عملکرد سیستم انتقال توان هیدرولیکی به منظور به‌کارگیری در مبدل موج هزارپایی"

از میان منابع فراوان جهت استحصال انرژی، انرژی امواج به دلیل دارا بودن چگالی انرژی بیشتر نسبت به سایر منابع انرژی بسیار مورد توجه قرار گرفته است. از طرفی موج­ها می­توانند فواصل زیادی را در اقیانوس با کمترین اتلاف انرژی طی­کنند. جهت برداشت انرژی از امواج، مبدل­های متفاوتی با عملکرد متنوع و حتی با جانمایی متفاوت در دریا وجود دارند. می­توان مبدل­های طراحی‌شده را به‌صورت کلی بر اساس سه مشخصه مکان بهره­برداری (ساحل، نزدیک خط ساحلی و یا در فراساحل)، اندازه و ابعاد (جاذب نقطه­ای، تضعیف­کننده و ترمیناتور) و عملکرد مبدل (شناوری، سرریز، ضربه­ای و اختلاف فشار) دسته­بندی کرد. تضعیف­کننده و ترمیناتور نسبت به امواج برخوردی ابعاد بزرگی دارند، اما تفاوت آن­ها در جهت قرارگیری نسبت به امواج است. مبدل جاذب نقطه­ای در مقابل امواج برخوردی کوچک بوده و انرژی را از هر جهت دریافت میکند. با دسته­بندی­های تعریف شده استفاده از سیستم­های متفاوت جهت استحصال انرژی موردانتظار است. سیستم انتقال توان را می‌توان به‌صورت یک زنجیره از مراحل پشت سر هم جهت انتقال انرژی در دسترس به تجهیزات مکانیکی، مخزن ذخیره یا محفظه هوا برای تولید برق و تحویل به شبکه برق؛ تعریف کرد. این سیستم­ها را (Power Take Off) PTO نیز می­نامند.

مبدل موج هزارپایی همان­گونه که از نامش پیداست دارای چندین بازو با بویه­هایی متصل به آن است که تحت حرکت موج یکی پس از دیگری با توجه به موقعیت خود نسبت به سطح موج برخوردی به حرکت در می­آیند و انرژی دریافتی را به سیستم منتقل می­نمایند. شماتیک مبدل موج هزارپایی و سیستم انتقال توان آن در شکل زیر مشاهده می­شود.

شماتیک مبدل موج هزارپایی

سیستم انتقال توان این مجموعه مبدل می­تواند مکانیکی، هیدرولیکی یا مستقیم (ژنراتورهای خطی) باشد. سیستم انتقال توان هیدرولیکی به لحاظ ماهیتی تطابق مناسبی (گشتاور بالا و سرعت پایین) با انرژی امواج دریا داشته و به همین دلیل گزینه مناسبی برای انتقال توان است. می­توان سیستم­های مبدل موج بسیاری را در زمینه استفاده از تکنولوژی انتقال توان هیدرولیک از جمله ویواستار، پلامیس، ای دبلیو انرژی و ... معرفی نمود. در پژوهش انجام شده، سیستم مبدل موج هزارپایی در آزمایشگاه انرژی های دریاپایه دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل طراحی شده و سیر تکاملی خود را مطابق شکل 3 طی کرده است.به این صورت که در ابتدا با استفاده از سیستم انتقال توان مکانیکی (چرخ­دنده­ای) و با بویه­های کروی با قطر 36 سانتیمتر مورد تست قرارگرفته­است. سپس در جهت افزایش توان خروجی و بهره­برداری هرچه بیشتر از انرژی دریای مازندران، ابعاد جدید بویه نیم کروی به قطر 110 سانتیمتر طراحی شده و ایده به­کارگیری از سیستم انتقال توان هیدرولیک پیاده­سازی گشته است.

سیستم انتقال توان هیدرولیکی در نهایت یک هیدروموتور را به راه انداخته و شفت کوپل شده آن با ژنراتور موجب تولید الکتریسیته می­گردد. توان الکتریکی استحصال شده از ژنراتور مطابق شکل 3-الف در موج هایی با 4 ارتفاع مختلف (20،25، 30 و 40 سانتیمتر) و با پریود 3 ثانیه قابل مقایسه­اند. همان­طور که مشاهده می­شود با افزایش ارتفاع امواج، توان خروجی افزایش می­یابد. بیشترین توان قابل استخراج در این پژوهش برابر با 42 وات بوده و پیش بینی می­شود برای موج با ارتفاع 1 متر و پریود 3 ثانیه توانی درحدود 150 وات قابل دست­یابی است. مشاهدات انجام شده برای تنها یک بازو از مبدل هزارپا است، به این ترتیب می­توان با نصب چند ده بازو توان بالاتری را متصور شد.