تحويل التيار الى طاقة: مفهوم جديد يمكن أن يسخر طاقة أمواج المحيطات
يرى الباحثون في وكالة الفضاء الأميركية (ناسا) ممن ابتكروا طريقة جديدة لتشغيل محركات عربات ذاتية التشغيل تعمل تحت الماء أن تكنولوجيا متفرعة عنها يمكن أن تساعد في تحويل طاقة تيارات المحيطات الى طاقة كهربائية على نطاق أوسع بكثير. ويأمل الباحثون بأن يكون بالإمكان سد حاجة قدر لا يستهان به من الطلب العالمي على الكهرباء عن طريق طاقة نظيفة ومتجددة تتولد من تموج مياه المحيطات والأنهار.
وحاليا، هناك عدة أساليب مختلفة لاستخدام المياه المتحركة لتوليد الطاقة. فالمعامل الكهرومائية مثلا هي من بين الأكثر شيوعا والأقل كلفة كمصادر التيار الكهربائي. وهي تفيد من ضغوط هيدروستاتية هائلة ناتجة عن الفوارق بين سطح الماء خلف السدود، والتوربينات التي يمكن تسخيرها لإنتاج الطاقة. لكن الطاقة التي يمكن توليدها بهذه الطريقة محدودة لأن غالبية الأنهار المناسبة لهذا الغرض استنفدت بسبب السدود الكهرمائية المبنية عليها.
ومن التكنولوجيات التي تم ابتكارها، ويجري تطوير تصاميمها حاليا، تلك التي تحول طاقة تيارات المحيطات وحركة المد والجزر والأنهار المنسابة الى نوع آخر من الطاقة، تعرف بطاقة الحراك المائي. وتستخدم أنظمة طاقة كثيرة من هذا النوع توربينات تحت سطح البحر شبيهة بتوربينات الريح. وتعمل تيارات المحيطات وحركة المد والجزر على دفع دوران التوربينات التي تولد طاقة كهربائية يمكن تحويلها بواسطة الكابلات من عرض المحيط الى اليابسة.
وقد صمم كل من جاك جونز المهندس في مختبر الدفع النفاث في ناسا، ويي تشاو وهو عالم في المختبر، نوعا جديدا من طاقة بطاقة الحراك المائي، وهو نظام يسخر حركة الماء لتوليد سائل عالي الضغط بدلا من الكهرباء. ثم ينقل هذا السائل إلى اليابسة ويستخدم لإنتاج التيار الكهربائي. ويذكر أن شركة كالتيك التي تشغّل مختبر الدفع النفاث لناسا، تمتلك براءة الإختراع لتكنولوجيا هذه الطاقة.
ونظام طاقة الحراك المائي الذي تبنته كالتيك ومختبر الدفع النفاث هو نظام متفرع عن مشروع أبحاث يرمي إلى إيجاد طريقة جديدة لتشغيل عربات ذاتية التشغيل تحت الماء. وغالبية هذه العربات تعمل على البطاريات ويقتضي رفعها بواسطة السفن لغرض تبديل بطارياتها أو إعادة شحنها.
وفي هذا المشروع الذي بدأه بات دوشامب من مركز الإستكشاف في الموقع وإعادة العينات التابع لمختبر الدفع النفاث، كلف جونز بتطوير طريقة لاستخدام الفوارق في حرارة المحيطات لتشغيل الأجسام المغمورة العاملة تحت الماء. وكان قد طور في السابق بالونات يتحكم بها حراريا لكواكب المريخ والزهرة وتايتان. وتضافرت جهود جونز مع العالم تشاو الذي يستخدم عربات منزلقة تحت الماء في أبحاثه حول المحيطات. وقال تشاو في هذا السياق: "تبينت أنه كان بمقدورنا أن نطيل عمر العربات بصورة ملحوظة من خلال توظيف طاقة مصدرها بيئة المحيطات."
ويرى جونز وتشاو أن حركة المد والجزر في المحيطات، وتدفق الأنهار، ستوفر مصدر الطاقة لتوليد سائل عالي الضغط. وصمما نظاما يفيد من التفاوت في حرارة المحيطات لتوليد سائل عالي الضغط يمكن أن يستعمل لتوليد الطاقة. وقال تشاو: "الحيلة كانت في استنباط مادة خاصة تعرف بمادة تغيير المراحل تتبدل من صلب الى سائل مع تغير حرارة المناخ من بارد الى دافئ. وحينما تذوب هذه المادة تتضخم وتتجمع في أنبوب مركزي يخزن فيه سائل آخر. وهذا السائل الذي يكون تحت ضغط مرتفع يستخدم لتوليد طاقة كهربائية لغرض شحن البطاريات تحت الماء."
وأثناء عملهما على هذا المشروع أدرك الباحثان أن بمقدورهما توظيف نفس هذه الفكرة – أي استخدام مضخة بيئية لإنتاج سائل عالي الضغط – لإنتاج طاقة كهربائية من محيطات العالم.
وفي نظام نقل طاقة الحراك المائي الكبير الحجم، الذي ترعاه كالتيك ومختبر الدفع النفاث لناسا، اوحى جونز وتشاو بأن حركة المد الجزر، والتيارات والأمواج في المحيطات، وكذلك حركة تدفق الأنهار، ستوفر مصدرالطاقة لتوليد سائل عالي الضغط. ومع تشغيل حركة الماء لشفرات توربينات تحت سطح الماء، فإن سرعة الدوار تزاد بواسطة صندوق مسننات يشغل مضخة تعمل على سائل عالي الضغط. وينقل السائل عالي الضغط من خلال أنابيب مرنة الى أنبوب أوسع ومن ثم إلى معمل طاقة كهرمائية على الساحل او اليابسة.
ويضيف تشاو في حديثه عن هذا المشروع: "إذا استخدمنا ماء عذبا في دائرة مغلقة وأعدنا تدوير السائل لن يكون هناك اي أثر مباشر على المنظومة البيئة للمحيطات او الأنهار." أما جونز فأشار إلى ان من الفوائد الجمة لهذا النظام المصمم هو أنه يزيل كل المكونات الكهربائية المغمورة التي هي عرضة للصدأ والتآكل." كما أن أنظمة طاقة أخرى تعمل بواسطة التوربينات التيارية مثل النظام الذي يشغل حاليا في "أيست ريفر" او النهر الذي يحاذي شرق جزيرة مانهاتان بنيويورك، تنقل الطاقة المولدة بفعل التوربينات الى السطح بواسطة كابلات كهربائية مطمورة. لكن هذه غالية الكلفة ويصعب صيانتها ويمكن أن تكون خطرة على الإنسان—كما يشير جونز. وهناك مسائل مشابهة في نوعي نظام لطاقة الموائع المتحركة في بريطانيا وآخر يعتزم تشغيله في كوريا الجنوبية.
ويقول جونز إن نظام نقل طاقة الحراك المائي يجمع بين تصميم مبسط مقاوم للصدأ ويعمل دون سطح الماء من ناحية ونظام توليد طاقة كهربائية رخيص الثمن على اليابسة من ناحية ثانية." ويضيف: "نظامنا المقترح لديه ميزة أخرى وهي أن الطاقة الهيدرولكية او المدارة بقوة الماء والمضغوطة يمكن تخزينها في خزان مرتفع على اليابسة ويمكن أن تستخدم لتوليد طاقة الكهرباء حينما تنشأ حاجة لها او لسد طلب عليها. وغالبية أنظمة الطاقة المصادقة للبيئة تنتج الطاقة بصورة متقطعة."
من ناحيته قال تشاو: "هذا النوع من نظام تحويل الطاقة الهيدروليكية يجوز تطبيقه في عدة أنواع من الطاقة المستمدة من أنهار وأمواج وتيارات المحيطات وحركة المد والجزر فيها." ويضيف: "بمقدور العلماء ان يستخدموا نماذج حواسيب هي آخر ما توصل إليها العلم للرياح وتدفق الأنهار وتيارات المحيطات والمد والجزر لتقرير إمكانات إنتاج الطاقة لأي ماكن. وبمقدور هذه النماذج أن تتوقع كمية الطاقة التي يمكن إنتاجها في المستقبل للمساعدة في وضع خطط بشأن استخدام الطاقة وتخزينها.
أما بول ديموتاكيس، كبير التقنيين في مختبر الدفاع النفاث، فيقول: "كما في جميع التكنولوجيات من هذا لقبيل فإن بيت القصيد هو النتيجة النهائية لدراسات هندسة الأنظمة والكفاءة العامة والتكاليف المالية لطاقة الإنتاج بوحدة الوات وبالسنتات لإنتاج الكيلووات في الساعة. ومثل هذه الدراسات وجهود التطوير الأولية يجب أن تجرى من أجل أنظمة الحراك المائي التي ترعاها كالتيك ومختبر الدفع النفاث. واذا تبين أنها واعدة سيتم تبني المرحلة المقبلة من التطوير."
وسيرفع جونز وتشاو تقريرا يتناول نظام تحويل طاقة الحراك المائي في مؤتمر الجمعية الأميركية للمهندسين الميكانيكيين حول الهندسة المحيطية والقطبية والبحرية القريبة من السواحل. والذي سيعقد في هونولولو، هاوائي.
