تولید برق از امواج دریا کلید خورد؛ اقتصادسرآمد گزارش می دهد
انرژی تجدید پذیر اقیانوس ها در خدمت جوامع ساحلی
گروه انرژی دریا - توحید ورستان - عدم قطعیت در مورد برآورد انرژی امواج، گنجاندن آن در اهداف اقلیمی آینده کشورها را دشوار می‌کند. زیرا نمی‌توان بدون اندازه‌گیری دقیق در مورد آن صحبت کرد. در همین راستا، آزمایشگاه ملی انرژی‌های تجدیدپذیرایالات متحده مطالعه جدیدی داشته است که با هدف کمک به کشورهای مختلف برای تخمین میزان انرژی امواج انجام می‌دهد. برخی از تحلیلگران این حوزه، اقیانوس را به کودکی در مرحله درآوردن دندان تشبیه می‌کنند که هرگز آرام نمی‌گیرد و در هر شرایطی انرژی زیادی درون آن وجود دارد، اما میزان دقیق انرژی امواج اقیانوس هنوز محل بحث است. در مطالعه‌ای که اخیراً در مجله انرژی‌های تجدیدپذیر منتشر شده است، محققان آزمایشگاه ملی انرژی‌های تجدیدپذیر (NREL) و آزمایشگاه ملی شمال غرب اقیانوس آرام روش‌شناسی جامع‌تر و دقیق‌تری را برای اندازه‌گیری انرژی موجود در امواج در مکان‌های اقیانوسی سراسر جهان ارائه کرده‌اند. این پژوهشگران یک چالش عمده را در مجموعه داده‌های انرژی موج موجود شناسایی کردند که برای ساخت روش جدید خود از آن ها بهره می‌گیرند.
موارد استفاده از انرژی امواج
انرژی موج قابل پیش‌بینی است و آن را به مکملی ارزشمند برای منابع انرژی تجدیدپذیر متغیر تبدیل می‌کند و همچنین در امتداد خطوط ساحلی که اکثریت جمعیت جهان در آن زندگی می‌کنند در دسترس است. این انرژی تجدیدپذیر با استفاده از انرژی ذاتی خود اقیانوس می‌تواند به جوامع ساحلی برق‌رسانی کرده، آب آشامیدنی پاکی را از اقیانوس تولید و مزارع غذاهای دریایی را تامین کند. همچنین این انرژی به کربن‌زدایی بخش کشتیرانی بین‌المللی کمک می‌کند. برنامه ریزی برای همه این کاربردها که هر کدام به سرمایه گذاری شرکت‌ها، صنایع یا کل کشورها نیاز دارند، به داده‌های قابل اعتماد نیاز دارد. لوی کیلچر، محقق ارشد آزمایشگاه ملی انرژی‌های تجدیدپذیر، نویسنده ارشد این مطالعه، در اینباره گفت: «فناوری انرژی آب و امواج در مراحل اولیه است که فناوری‌ها می‌توانند جذب کنند.» برای این مطالعه که توسط دفتر فناوری‌های نیروی آبی وزارت انرژی ایالات متحده تامین مالی شد، تیم کاوشگر روش جدیدی برای تخمین پتانسیل انرژی موج کل ایجاد کرد. به عنوان مثال، روش‌شناسی‌های قبلی جهت جریان موج را در نظر نمی‌گرفتند و کیلچر اظهار داشت: «این مورد می‌تواند به دو برابر شدن تعداد امواج منجر شود».
لازم به ذکر است که برخی از امواج از ساحل دورتر می‌شوند که احتمالاً ناشی از طوفان است و قبل از برخورد به سواحل کشور هزاران مایل را طی می‌کنند. کیلچر توضیح داد: «انرژی موج بسیاری با وزش باد در داخل مرزهای دریایی یک کشور تولید می‌شود، و روش جدید جهت موج و جهت‌های موج محلی را در نظر می‌گیرد. روش ما در همه مقیاس‌ها کار می‌کند، از مقیاس بسیار کوچک یک پروژه، تا کل حوضه اقیانوس».
آزمایش با روش جدید
برای آزمایش روش جدید خود، محقق ارشد در آزمایشگاه ملی انرژی‌های تجدیدپذیر و نویسنده اصلی این مطالعه، لوی کیلچرپ و همکاران، برآوردهای فعلی انرژی امواج ایالات متحده را دوباره ارزیابی کردند. نتایج یک مشکل بزرگتر را نشان داد. تیم در مطالعه خود بر یک مدل قدیمی انرژی موج تکیه کردند و کیلچر متوجه شد که احتمالا این مدل انرژی محاسباتی را ۲۰ تا ۴۰ درصد بیشتر از سایر مدل های مدرن تخمین می‌زند. کیلچر گفت: «حتی اگر روش جدید تیم نشان دهد که پتانسیل این انرژی در ایالات متحده حدود ۲۵ درصد بیشتر از برآورد قبلی است، این نتایج باید با احتیاط تفسیر شوند. این تخمین به دلیل سوگیری در مجموعه داده‌های اصلی احتمالا ۲۰ تا ۴۰ درصد بیشتر از واقعیت باشد. روش جدید ما بسیاری از انتقادات روش‌شناختی قبلی را برطرف کرده است. اکنون باید مجموعه داده‌های اساسی را به‌روزرسانی کنیم.» این معضل داده‌ها نه تنها برای مطالعه کیلچر مشکل‌ساز است، این تضاد می‌تواند به طور کلی اعتماد به انرژی امواج را تضعیف کند. در غیاب داده‌های موثق، کشورها در درک اینکه چگونه این انرژی در برنامه‌های انرژی پاک آن ها قرار می‌گیرد مشکل خواهند داشت. یکی از نویسندگان این مطالعه، ژائوکینگ یانگ، دانشمند ارشد در آزمایشگاه علوم دریایی آزمایشگاه ملی شمال غرب اقیانوس آرام، گفت: «ما امیدواریم این روش به یک استاندارد تبدیل شود.» از آنجایی که فناوری‌های موج هنوز انرژی آب اقیانوس را استخراج نکرده‌اند، این روش‌شناسی بهبود یافته تنها می‌تواند تخمین نظری از میزان انرژی که دستگاه‌های آتی تولید می‌کنند را ارائه دهد. اگر این روش به یک استاندارد صنعتی تبدیل شود، می‌تواند اثر موجی امیدوارکننده‌ای داشته باشد و داده‌های ثابت‌تر می‌تواند به افزایش اعتماد در صنعت کمک کند.
اهمیت داده‌های دقیق‌تر
با داده‌های دقیق‌تر و منسجم‌تر، توسعه‌دهندگان فناوری می‌توانند طرح‌های خود را با دیگران بهتر مقایسه کنند و تصویر واضح‌تری از میزان انرژی که دستگاه‌هایشان از امواج واقعی اقیانوس تولید می‌کنند به دست آورند. در مرحله بعد، تیم محققان قصد دارند روش خود را با مجموعه داده‌های دقیق‌تری تقویت کنند تا بتوانند تخمین نظری محکمی از میزان انرژی تولیدی داشته باشند که ایالات متحده می‌تواند انرژی موجود در اقیانوس‌های خود را استخراج کند. با انجام این اقدامات، تیم پژوهشی می‌تواند فراتر از فرضیات عمل کند و منابع انرژی امواج که کشورها می‌توانند به طور واقعی تحت محدودیت‌هایی از جمله فناوری، اقتصادی، زیست‌محیطی، نظارتی و حتی جغرافیایی مهار کنند را تخمین بزنند.
نصب اولین مبدل انرژی امواج جهان
نخستین مبدل انرژی موج در جهان یک فناوری نوآورانه است که منابع برق را برای زیرساخت‌های دریایی، جزایر کوچک و جوامع ساحلی فاقد شبکه متصل فراهم می‌کند. شرکت ایتالیایی «انی» موفق شد ترانسفورماتور را در فاصله ۸۰۰ متری از ساحل جزیره پانتلریا واقع در تنگه سیسیل در دریای مدیترانه نصب و آن را به شبکه وصل کند. شرکت ایتالیایی این خبر را در ۷ مارس ۲۰۲۳ در سایت خود اعلام کرد. این شرکت که در وهله نخست به تولید و سرمایه گذاری در سوخت‌های فسیلی معروف است، این مبدل را در میان ملاحظات عملیاتی واقع بینانه آزمایش کرد. طبق گزارش‌های منتشر شده، اوج تولید برق با انرژی موج می‌تواند به ۲۶۰ کیلووات برسد. این مبدل انرژی موج جهان نقش مهمی در تحقق جاه‌طلبی کربن‌زدایی آنی ایفا می‌کند. از همین روی، کمیسیون اروپا روند بهره مندی از انرژی امواج با تبدیل آن به برق را به عنوان یکی از جنبه‌های طرح شرکت ایتالیایی انی را در راستای حذف کربن مورد تمجید قرار داده بود. برق تولید شده توسط این مبدل، پایدار، قابل اندازه‌گیری و در دسترس است و چگالی بالاتری نسبت به انرژی خورشیدی و باد دارد. باید توجه داشت که نواحی آبی بیش از ۷۰ درصد از سطح زمین را تشکیل می‌دهند که دریاها و اقیانوس‌ها سهم ۹۷ درصدی از این مناطق آبی را به خود اختصاص می‌دهند. برق موجی یکی از بارزترین منابع انرژی تجدیدپذیر است، اما هنوز توسعه کافی پیدا نکرده و از آن استفاده بهینه نشده است. در صورت امکان بهره مندی از انواع انرژی‌های اقیانوسی (امواج، جزر و مدی و غیره) می‌توان ۸۰ هزار تراوات ساعت برق، معادل ۵ برابر تقاضای جهانی سالانه به
دست آورد.
موارد استفاده از انرژی امواج
انرژی موج قابل پیش‌بینی است و آن را به مکملی ارزشمند برای منابع انرژی تجدیدپذیر متغیر تبدیل می‌کند و همچنین در امتداد خطوط ساحلی که اکثریت جمعیت جهان در آن زندگی می‌کنند در دسترس است. این انرژی تجدیدپذیر با استفاده از انرژی ذاتی خود اقیانوس می‌تواند به جوامع ساحلی برق‌رسانی کرده، آب آشامیدنی پاکی را از اقیانوس تولید و مزارع غذاهای دریایی را تامین کند. همچنین این انرژی به کربن‌زدایی بخش کشتیرانی بین‌المللی کمک می‌کند. برنامه ریزی برای همه این کاربردها که هر کدام به سرمایه گذاری شرکت‌ها، صنایع یا کل کشورها نیاز دارند، به داده‌های قابل اعتماد نیاز دارد. لوی کیلچر، محقق ارشد آزمایشگاه ملی انرژی‌های تجدیدپذیر، نویسنده ارشد این مطالعه، در اینباره گفت: «فناوری انرژی آب و امواج در مراحل اولیه است که فناوری‌ها می‌توانند جذب کنند.» برای این مطالعه که توسط دفتر فناوری‌های نیروی آبی وزارت انرژی ایالات متحده تامین مالی شد، تیم کاوشگر روش جدیدی برای تخمین پتانسیل انرژی موج کل ایجاد کرد. به عنوان مثال، روش‌شناسی‌های قبلی جهت جریان موج را در نظر نمی‌گرفتند و کیلچر اظهار داشت: «این مورد می‌تواند به دو برابر شدن تعداد امواج منجر شود».
لازم به ذکر است که برخی از امواج از ساحل دورتر می‌شوند که احتمالاً ناشی از طوفان است و قبل از برخورد به سواحل کشور هزاران مایل را طی می‌کنند. کیلچر توضیح داد: «انرژی موج بسیاری با وزش باد در داخل مرزهای دریایی یک کشور تولید می‌شود، و روش جدید جهت موج و جهت‌های موج محلی را در نظر می‌گیرد. روش ما در همه مقیاس‌ها کار می‌کند، از مقیاس بسیار کوچک یک پروژه، تا کل حوضه اقیانوس».
آزمایش با روش جدید
برای آزمایش روش جدید خود، محقق ارشد در آزمایشگاه ملی انرژی‌های تجدیدپذیر و نویسنده اصلی این مطالعه، لوی کیلچرپ و همکاران، برآوردهای فعلی انرژی امواج ایالات متحده را دوباره ارزیابی کردند. نتایج یک مشکل بزرگتر را نشان داد. تیم در مطالعه خود بر یک مدل قدیمی انرژی موج تکیه کردند و کیلچر متوجه شد که احتمالا این مدل انرژی محاسباتی را ۲۰ تا ۴۰ درصد بیشتر از سایر مدل های مدرن تخمین می‌زند. کیلچر گفت: «حتی اگر روش جدید تیم نشان دهد که پتانسیل این انرژی در ایالات متحده حدود ۲۵ درصد بیشتر از برآورد قبلی است، این نتایج باید با احتیاط تفسیر شوند. این تخمین به دلیل سوگیری در مجموعه داده‌های اصلی احتمالا ۲۰ تا ۴۰ درصد بیشتر از واقعیت باشد. روش جدید ما بسیاری از انتقادات روش‌شناختی قبلی را برطرف کرده است. اکنون باید مجموعه داده‌های اساسی را به‌روزرسانی کنیم.» این معضل داده‌ها نه تنها برای مطالعه کیلچر مشکل‌ساز است، این تضاد می‌تواند به طور کلی اعتماد به انرژی امواج را تضعیف کند. در غیاب داده‌های موثق، کشورها در درک اینکه چگونه این انرژی در برنامه‌های انرژی پاک آن ها قرار می‌گیرد مشکل خواهند داشت. یکی از نویسندگان این مطالعه، ژائوکینگ یانگ، دانشمند ارشد در آزمایشگاه علوم دریایی آزمایشگاه ملی شمال غرب اقیانوس آرام، گفت: «ما امیدواریم این روش به یک استاندارد تبدیل شود.» از آنجایی که فناوری‌های موج هنوز انرژی آب اقیانوس را استخراج نکرده‌اند، این روش‌شناسی بهبود یافته تنها می‌تواند تخمین نظری از میزان انرژی که دستگاه‌های آتی تولید می‌کنند را ارائه دهد. اگر این روش به یک استاندارد صنعتی تبدیل شود، می‌تواند اثر موجی امیدوارکننده‌ای داشته باشد و داده‌های ثابت‌تر می‌تواند به افزایش اعتماد در صنعت کمک کند.
اهمیت داده‌های دقیق‌تر
با داده‌های دقیق‌تر و منسجم‌تر، توسعه‌دهندگان فناوری می‌توانند طرح‌های خود را با دیگران بهتر مقایسه کنند و تصویر واضح‌تری از میزان انرژی که دستگاه‌هایشان از امواج واقعی اقیانوس تولید می‌کنند به دست آورند. در مرحله بعد، تیم محققان قصد دارند روش خود را با مجموعه داده‌های دقیق‌تری تقویت کنند تا بتوانند تخمین نظری محکمی از میزان انرژی تولیدی داشته باشند که ایالات متحده می‌تواند انرژی موجود در اقیانوس‌های خود را استخراج کند. با انجام این اقدامات، تیم پژوهشی می‌تواند فراتر از فرضیات عمل کند و منابع انرژی امواج که کشورها می‌توانند به طور واقعی تحت محدودیت‌هایی از جمله فناوری، اقتصادی، زیست‌محیطی، نظارتی و حتی جغرافیایی مهار کنند را تخمین بزنند.
نصب اولین مبدل انرژی امواج جهان
نخستین مبدل انرژی موج در جهان یک فناوری نوآورانه است که منابع برق را برای زیرساخت‌های دریایی، جزایر کوچک و جوامع ساحلی فاقد شبکه متصل فراهم می‌کند. شرکت ایتالیایی «انی» موفق شد ترانسفورماتور را در فاصله ۸۰۰ متری از ساحل جزیره پانتلریا واقع در تنگه سیسیل در دریای مدیترانه نصب و آن را به شبکه وصل کند. شرکت ایتالیایی این خبر را در ۷ مارس ۲۰۲۳ در سایت خود اعلام کرد. این شرکت که در وهله نخست به تولید و سرمایه گذاری در سوخت‌های فسیلی معروف است، این مبدل را در میان ملاحظات عملیاتی واقع بینانه آزمایش کرد. طبق گزارش‌های منتشر شده، اوج تولید برق با انرژی موج می‌تواند به ۲۶۰ کیلووات برسد. این مبدل انرژی موج جهان نقش مهمی در تحقق جاه‌طلبی کربن‌زدایی آنی ایفا می‌کند. از همین روی، کمیسیون اروپا روند بهره مندی از انرژی امواج با تبدیل آن به برق را به عنوان یکی از جنبه‌های طرح شرکت ایتالیایی انی را در راستای حذف کربن مورد تمجید قرار داده بود. برق تولید شده توسط این مبدل، پایدار، قابل اندازه‌گیری و در دسترس است و چگالی بالاتری نسبت به انرژی خورشیدی و باد دارد. باید توجه داشت که نواحی آبی بیش از ۷۰ درصد از سطح زمین را تشکیل می‌دهند که دریاها و اقیانوس‌ها سهم ۹۷ درصدی از این مناطق آبی را به خود اختصاص می‌دهند. برق موجی یکی از بارزترین منابع انرژی تجدیدپذیر است، اما هنوز توسعه کافی پیدا نکرده و از آن استفاده بهینه نشده است. در صورت امکان بهره مندی از انواع انرژی‌های اقیانوسی (امواج، جزر و مدی و غیره) می‌توان ۸۰ هزار تراوات ساعت برق، معادل ۵ برابر تقاضای جهانی سالانه به
دست آورد.