انرژی کشندی: تفاوت میان نسخه‌ها

یکی از اثراتی که [[ماه]] بر [[زمین]] می‌گذارد [[جزر]] و مد (Tides) است. [[نیروهای گرانشی]] مابین ماه و خورشید و زمین سبب بالا و پایین رفتن منظم آب اقیانوس‌ها در سراسر جهان گردیده که نتیجه آن امواج جزر و مدی می‌باشد. ماه [[نیرو|نیرویی]] بیش از دو برابر نیرویی که خورشید بر امواج جزر و مد تﺃثیرتأثیر می‌گذارد اعمال می‌کند. در نتیجه جزر و مد به وضوح تابعی است از گردش ماه به دور زمین. در کل به نیروی حاصل از جزر (پایین رفتن آب) و مد (بالا آمدن آب دریا) در نواحی ساحلی گویند. این دو اثر را از وجود [[نیروی جاذبه]] ای به غیر از [[جاذبه زمین]] میدانیممی‌دانیم. در میان سیارات [[منظومه شمسی]]، [[سیاره]] زمین تنها سیاره‌ای است که دارای مقادیر بسیار زیاد [[آب]] در سطحش می‌باشد بطوریکه تقریباً سه چهارم سطح آن از آب پوشیده شده است. بیشتر مردم با تغییرات روزانه سطح آب دریاها بعنوان جزرومد آشناهستند. تقریباً در تمام نقاط ساحلی دنیا جزرومد بصورت دو بار مد (بالا آمدن آب) ودوبار جزر (پایین آمدن آب) وجود دارد. مقدار اختلاف بالا وپایین آمدن آب بین چند سانتی‌متر تا چند متر ودر نقاط مختلف دنیا متفاوت است. برای نمونه درمنطقه‌ای در مرز [[کانادا]] و[[آمریکا]] این مقدار به حدود ۲۰ متر می‌رسد. برای بهره‌برداری از این نیرو [[توربین|توربین‌هایی]] در نواحی ساحلی مستقر می‌کنند که با قدرت آب می‌چرخند و با استفاده از این قدرت آن را به [[انرژی]] الکتریکی تبدیل می‌کنند. ایجاد [[موج]] در روز و سیکل جزر در سطح هر جزئی از اقیانوس وجود دارد. دامنه ارتفاع موج جزر و مد در اقیانوسهای آزاد در جایی که چندین سانتی‌متر آشفتگی در مرکز موج بالغ بر صدها کیلومتر آشفتگی می‌شود بسیار کم است. به هر حال موج می‌تواند مطابق دستورالعمل خاصی زمانی که به نواحی اقلیمی می‌رسد افزایش پیدا کند و حجم عظیمی از آب را به فواصل کوچک رودخانه‌ها و دهانهٔ رودها در وار ساحلی سرازیر نماید. اغلب جزر و مدهای ساحلی کشندی شامل دو طغیان و دو فروکش با یک دوره نیم روزی دوازده ساعت و بیست و پنج دقیقه‌ای هستند. از این رو برخی از سواحل وجود دارند که در آنجا جزر و مد تا دو مرتبه از لحاظ زمان جزر و مد روزانه طولانی‌تر هستند یا اینکه دست کم تلفیقی از هر دو با اختلاف و نابرابری روزانه. اما به هر حال همیشه در دورهٔ روزانه یا نیم روزی ثابت هستند. میزان جزر و مد در هر ماه قمری متغیر است. بلندترین جزر و مدها جزر و مدهای بهاری نامیده می‌شوند که زمانی رخ می‌دهد که ماه و زمین و خورشید از نظر موقعیت مکانی در یک خط مستقیم قرار می‌گیرند (استقرار نقطه سه‌گانه) یا [[کهکشند]] نامیده می‌شوند و زمانی رخ می‌دهند که ماه و زمین و خورشید در زوایای قائم نسبت به یکدیگر قرار بگیرند. در واقع این تأثیرات، دوبار در فاصله میانگین ۲۴ساعت و ۵۳ دقیقه رخ می‌دهند. یعنی در هر ۱۲ساعت و ۲۶ دقیقه دو جزر یا دومد اتفاق می‌افتد. هنگامیکه ماه و زمین و خورشید هرسه در یک امتداد باشند شدت به حد اکثر می‌رسد. اگر خشکی‌ها مقابل کره ماه قرار بگیرند به علت [[مقاومت]] خشکی، خشکی حدود ۲۰ سانتی‌متر جابجا می‌شود که به آن [[جزر و مد خشکی]] می‌گویند؛ ولی مقاومت اقیانوس‌ها در مقابل کره ماه کمتراز خشکی است باید در نظر داشت که وقتی آن قسمت از زمین که در مقابل کره می‌باشد حالت مد داشته باشد نقطه مقابل آن در طرف دیگر زمین نیز، همین حالت مد را خواهد داشت. یعنی قسمت از زمین که ماه روی نصف ا لنهاربوده در اثر [[جاذبه]] ماه برای آبها، مد پیش می‌آید و در طرف دیگر که از جاذبه ماه دور بوده کمتر تحت تأثیر است. نیروهای جزر و مدی می‌توانند اثرات شگفت‌انگیزی را ایجاد کنند. اصطکاک آبهای اقیانوس با بستر دریا چرخش زمین را به میزان ۰۰۱٪ثانیه در هر روز از قرن کاهش می‌دهد. بررسی [[فسیل|فسیلهای]]های حیوانات ثابت کرده است که۴۰۰ میلیون سال پیش روز زمینی فقط ۲۲ساعت طول می‌کشیده به علاوه [[میدان گرانشی زمین]] نیز، نیروها ی جزر و مدی روی ماه اعمال می‌کند. بر روی سطح ماه، آب وجود ندارد اما [[اصطکاک]]، خم کردن و حرکت دادن صخره‌ها تا حدی حرکت چرخشی ماه را کند می‌کند و در دراز مدت باعث شده که فقط یک سوی ماه به طرف زمین قرار گیرد که به آن [[گردش هماهنگ]] و یا [[قفل جزر و مدی]] می‌گویند.

در قرن یازدهم از انرژی جزر و مد در ساحل [[اقیانوس اطلس]] در [[فرانسه]]، [[انگلستان]] و [[اسپانیا]] با قراردادن دستگاههاییدستگاه‌هایی استفاده شد. استفاده عملی از انرژی جزر و مد در ابعاد تجربی بزرگ در قرن نوزدهم ادامه داده شد. تأسیسات استفاده از انرژی جزر و مد در انگلستان، [[آلمان]]، [[ایتالیا]]، [[شوروی]] سابق و [[آمریکا]] بکار گرفته شد. [[ماشینهای جزرومدی]] قدیمی قسمت کوچکی از انرژی جزر و مد موجود را برای تولید انرژی مکانیکی فراهم می‌کردند. توان مکانیکی چنین ماشینهایی بین ۳۰ تا ۱۰۰ کیلو وات بوده است. استفاده از انرژی جزر و مد برای [[تولید الکتریسیته]] اخیراً پیشنهاد شده است. تکنولوژی نو و مهندسی پیشرفته در ساختن سدهای آب و [[توربین|توربینها]]ها و بالا رفتن قیمت دیگر منابع انرژی سبب توسعه بیشتر استفاده از انرژی جزر و مد شده است. دو نوع مانع تجاری از لحاظ اندازه در حال حاضر مورد استفاده است. یکی در لارنس (La Rance) فرانسه و نوع دیگر در کانادا، [[نوا اسکوشیا]] (Nova Scotia) [[رویال آناپلیس]](Annapolis Royal) است. ایالات متحده هیچ دستگاه جزرومدی ندارد و تنها محل که نیروی جزرومدی می‌تواند انرژی به صرفة اقتصادی را تولید کند در نظر دارد فرانسه، انگلستان، کانادا و روسیه استعداد بیشتری از این بابت دارند. اولین طرح بزرگ [[انرژی الکتریکی]] از جزر و مد در فرانسه در سال ۱۹۶۶ شروع به کار کرد. در این واحد ضریب توان تبدیل انرژی جزرومد به الکتریسیته در حدود ۱۸ تا ۲۵ در صد است. انرژی جزر و مد آلوده کننده نیست و برای موجودات دریایی نیز اثرات کمی دارد. در قرن یازدهم میلادی نیز آسیابان‌های سواحل ولز، [[سنگ‌های آسیاب]] خود را با کمک نیروی جزر و مد به کار می‌انداختند و بر همین اساس هم یک [[نیروگاه]] بهره‌برداری از قدرت جزر و مد در «سانت متلو» ی فرانسه از ۳۵ سال پیش تاکنون به کار مشغول است. اما از این روش، تنها در شمار اندکی از سواحل جهان می‌توان استفاده کرد. یعنی در سواحلی که تفاوت ارتفاع سطح آب، در حین جزر و مد بیش از چندین متر است. همین‌طور امروزه در سواحل جزیره «شتلند» توربین دیگری به تولید الکتریسیته مشغول است. در مقابل سواحل کالیفرنیا، فلوریدا و کرانه شرقی کانادا پروژه‌ای مشابه به کار گرفته شده است. کارشناسان معتقدند طی ۳۰ سال آینده می‌توان از این توربین‌ها برای تولید ۴۰ درصد از انرژی مورد نیاز خانه‌های مسکونی بهره جست.

همان گونه که میدانیممی‌دانیم جزر و مد در اثر کشش جاذبه‌ای ماه و خورشید و چرخش زمین بوجود می‌آید واستفادهٔ از انرژی آن که یکی از [[انرژی دریایی|انرژی‌های دریایی]] است در حال گسترش است. نزدیک سواحل دریا، در جهان مناطقی هست که سطح آب می‌تواند تا ۲۴ متر به بالا کشیده شود. تنها حدود ۲۴ نقطه در جهان وجود دارد که دارای شرایط مناسب و حدود جزر و مدهایی با ارتفاع کافی (حدود ۶ متر به بالا) برای تولید انرژی که از دیدگاه اقتصادی مقرون به صرفه باشد. ساده‌ترین سیستم تولید نیرو برای [[دستگاه‌های جزر و مدی]] شامل سدی به صورت مانع در عرض مدخل کولاب در حاشیهٔ دریا است. هنگام جزر و مدهای بزرگ دروازه‌های آبگیر مانع، اجازهٔ ورود آب را به ظرف جزرومد می‌دهد و آب را از میان سیستم توربین خروجی عبور می‌دهد. این زمان را که بین بالاترین نقطهٔ مد و پایین‌ترین نقطهٔ جزر وجود دارد در زبان انگلیسی «ebb tide» می‌گویند. سیستم‌های دو راهه‌ای هم برای تولید برق در هنگام مد وهم در هنگام جزر وجود دارد که بازده سیستم را بیشتر می‌کند.

موانع جزرومدی می‌توانند سطح جزرومد را در ظرف تغییر داده و میزان آشفتگی را در آب بالا ببرند. این مسئله می‌تواند روی جهت یابی و تفریح نیز تأثیر بگذارد. بزرگترین ضرر بالقوهٔ استفاده از نیروی جزر و مدی، تأثیر یک [[ایستگاه جزر و مد]] روی گیاهان و حیوانات و تاثیرهای احتمالاً ناخواسته بر [[اکوسیستم]] مصب کولاب است. همچنین [[حصارهای جزرومدی]] می‌توانند انرژی جزرومد را مهار کنند، یک حصار جزر و مدی دارای توربین‌های قائم محور هستند که روی یک حصار سوار شده است. تمام آبی که عبور می‌کند به درون توربین‌ها رانده می‌شود. این تأسیسات در جاهایی مانند کانال‌های بین خشکی‌ها نیز می‌توانند بکار گرفته شوند. حصارها تأثیر زیست محیطیزیست‌محیطی کمتری نسبت به موانع جزرومدی دارند، اگرچه می‌توانند برای حرکت حیوانات بزرگ دریایی و نیز قایق رانی و آمدو شدهای شناورها مشکل ساز باشند. هزینهٔ نصب حصارهای جزرومدی نیز کمتر از موانع جزرومدی است. یک حصار جزرومدی در سواحل فیلیپین در حال فعالیت است. توربین‌های جزر و مدی تکنولوژی جدیدی هستند که در بسیاری از نواحی جزر و مدی بکار گرفته می‌شود. آن‌ها اساساً [[توربین‌های بادی]] هستند که در هر محلی که جریان جزر و مدی قوی دارد، واقع شده‌اند. از آنجا که آب ۸۰۰ مرتبه چگال تر از هوا است، توربین‌های جزر و مدی مجبور به داشتن مقاومت بیشتری از توربین‌های بادی خواهند بود. این [[توربین|توربینها]]ها سنگین‌تر و گران‌تر هستند اما قادرند در نهایت انرژی بیشتری را به دام بیندازند.

نیروگاه‌های تولید الکتریسیته در اعماق آب دریاها با استفاده از قدرت جزر و مد می‌توانند کمکی برای مسئلهٔ انرژی جامعه بشری باشند. نخستین پروژه از این نمونه با یک سیستم نوین، در حال حاضر مشغول به کار است. پره‌های ۱۱ متری یک توربین زیر آبی به آرامی و بدون سر و صدا در حال گردشند. این نخستین پروژهٔ تولید الکتریسیته از نیروی جزر و مد در عمق دریاست که به شیوه‌ای نوین به کار گرفته شده است [[توربین‌های تولید انرژی]]، که در عمق ۲۰ متری در فاصله ۲ کیلومتری ساحل «دوون» واقع در جنوب غربی انگلیس کار می‌کنند حاصل ۴ سال تلاش مهندسان و کارشناسان دانشگاه کاسل آلمان است. این تنها نیروی جزر و مد است که پروانه‌های عظیم این توربین‌های زیرآبی، با نام «جریان دریایی» را به چرخش درمی آورددرمی‌آورد. این توربین‌ها، برخلاف توربین‌های بادی که وابسته به شرایط آب و هوایی هستند می‌توانند در اعماق دریا و به دور از تغییر و تحولات جوی به طور دائم به کار خود ادامه داده و به تولید [[الکتریسیته]] بپردازند. در سواحل اسکاتلند برای تولید الکتریسیته تنها از [[نیروی امواج]] استفاده می‌شود. باله‌ها جریان امواج را به درون تونلی منتقل کرده و به این ترتیب تودهٔ هوا را به جلو می‌رانند و با کمک این توده هوا توربینی به گردش در می‌آید. اما ساده‌ترین سیستم بهره‌برداری از انرژی جزر و مد سیستمی است که دانمارکی‌ها به کار می‌گیرند. در این سیستم، امواج مستقیماً توسط یک سطح شیب دار به سوی پره‌های توربین رانده می‌شوند و آن را به حرکت درمی آورنددرمی‌آورند.

نیروی کشندی دینامیک (Dynamic Tidal Power یا DTP) یک فناوری آزمایش نشده اما نویدبخش است که از کنش متقابل بین انرژیهای پتانسیل و جنبشی در جریانهای کشندی استفاده می‌کند. این فناوری پیشنهاد می‌کند سدهای بسیار طولانی (برای نمونه به طول ۳۰ تا ۵۰ کیلومتر) از ساحل مستقیم به سمت دریا یا اقیانوس ساخته شود بدون آنکه ناحیه‌ای را در بردربر گیرد. اختلافات فاز کشندی ایجاد شده در دو سوی سد به تفاوت قابل توجهی در سطح آب دریاهای ساحلی کم عمق می‌انجامد.

* مقدمه‌ای بر فیزیک دریاها و اقیانوسها؛ جی. آ. ناوس؛ ترجمه دکتر حسین مروتی؛ انتشارات آبزیان؛ تهران ۱۳۸۴