جلسه دفاع ارزیابی جامع پژوهشی 2 (آقای سعید رضایی تقی‌آبادی)
موضوع: طراحی بهینه، ساخت و آزمون مدل برداشت‌کننده نقطه‌ای دوبدنهای انرژی موج دریا همراه با سیستم توانگیر مکانیکی
ارائه دهنده: سعید رضایی تقی‌آبادی
اساتید راهنما: دکتر جمشید پرویزیان، دکتر شهریار منصورزاده
اساتید داور: دکتر احمدرضا پیشه‌ور،دکتر علیرضا فدایی، دکتر علی لقمانی، دکتر محمود فغفور مغربی
چکیده:
چکیده
در سال‌های اخیر منابع انرژی تجدیدپذیر، همانند انرژی خورشیدی، بادی، و امواج دریا، به دلیل کاهش اثرات زیان‌بار زیست‌محیطی و کاهش وابستگی به سوخت‌های فسیلی، به طور فزاینده‌ای موردتوجه قرار گرفته‌اند. در این میان، انرژی امواج دریا به دلیل چگالی انرژی بالا و پایداری بیشتر نسبت به سایر منابع انرژی تجدیدپذیر، از ظرفیت بالایی برای تولید انرژی الکتریکی برخوردار است.در این راستا، پژوهش‌های گوناگونی در زمینه طراحی و ساخت سامانه‌های برداشت انرژی از امواج دریا انجام شده‌است. برداشت‌کننده‌های نقطه‌ای دوبدنهای یکی از سامانه‌های برداشت انرژی از امواج دریا هستند که به دلیل اندازه کوچک، عدم وابستگی به جهت انتشار موج و امکان نصب در عمق‌های مختلف دریا، از جمله سامانه‌های کارآمد در برداشت انرژی به شمار می‌روند. در این پژوهش، مدل یک برداشت‌کننده‌ی انرژی موج از نوع نقطه‌ای دوبدنهای، با هدف کارکرد در موج منظم آزمایشگاهی، طراحی، ساخته و آزمایش می‌گردد. پس از آن، بر اساس یافته‌های آزمون در موج منظم، یک برداشت‌کننده برای کارکرد در شرایط موج نامنظم دریا، طراحی می‌شود. برداشت‌کننده دوبدنهای از دو بخش اصلی، بدنه‌های نوسان‌کننده، و توانگیر تشکیل شده‌است. بدنه‌های نوسان‌کننده که از دو بدنه‌ی شناور در آب و بدنه غوطهور ساخته شده‌است، انرژی جنبشی موج ورودی را دریافت و آن را به توانگیر منتقل می‌کنند. توانگیر وظیفه تبدیل انرژی جنبشی دریافتی از موج، به انرژی الکتریکی را برعهده دارد. طراحی برداشت‌کننده موردمطالعه، باهدف دریافت بیشینه انرژی از موج منظم، در سه گام انجام شده‌است. در گام نخست، مدل ریاضی ابتدایی برداشت‌کننده، با درنظرگرفتن معادله حرکت آن استخراج، و توان قابل‌برداشت محاسبه گردیده است. سپس، با استفاده از روش رویه پاسخ، پنج اندازه‌ی اصلی برداشت‌کننده به‌گونه‌ای تعیین شده‌اند که در شرایط موج منظم آزمایشگاهی، بیشترین توان را از موج ورودی دریافت کند. در مدل‌سازی ابتدایی برداشت‌کننده، توانگیر به‌صورت یک فنر و میراگر مدل شده‌است. نتیجه بهینه‌سازی اندازه‌های برداشت‌کننده نشان می‌دهد که قطر بویه شناور در آب بیشترین اثر را بر توان برداشت دارد. در گام بعد، طراحی مکانیکی اجزای برداشت‌کننده صورت‌گرفته و یک نمونه توانگیر مکانیکی باقابلیت تبدیل حرکت نسبی بدنه‌های برداشت‌کننده به حرکت دورانی با جهت ثابت، طراحی و ساخته شده‌است. توانگیر طراحی شده به‌گونه‌ای بهینه شده‌است که در زمان کاهش سرعت نسبی بدنه‌ها، از طریق جداسازی ژنراتور از مجموعه توانگیر، به تولید انرژی الکتریکی ادامه دهد. برای افزایش توان خروجی و بهینه‌سازی عملکرد توانگیر، مقاومت خارجی ژنراتور به‌عنوان یک پارامتر قابل‌تنظیم در نظر گرفته شده‌است. با انتخاب مقدار بهینه برای مقاومت خارجی، می‌توان توان الکتریکی برداشت‌شده را بیشینه کرد. برای بررسی کارایی توانگیر طراحی شده، یک سامانه نوسان‌ساز با امکان شبیه‌سازی موج منظم در فرکانس و ارتفاع‌های گوناگون توسعه داده شد. در نهایت، برداشت‌کننده طراحی شده در حوضچه کشش دانشگاه صنعتی اصفهان مورد آزمایش قرار گرفته و توان الکتریکی برداشت شده توسط آن در موج منظم در فرکانس‌ها و مقاومت‌های خارجی متفاوت، اندازه‌گیری شده‌است. در آزمون برداشت‌کننده از یک ژنراتور جریان مستقیم برای تولید توان الکتریکی بهره برده شده‌است. نتیجه تست برداشت‌کننده و توانگیر نشان می‌دهد توانگیر یک‌طرفه طراحی شده، توان الکتریکی برداشت شده را تا ۱۳ درصد افزایش می‌دهد. همچنین، آزمون تجربی نشان می‌دهد که برداشت‌کننده طراحی شده در شرایط بهینه، توان الکتریکی میانگین چهار وات را تولید می‌کند. پس از آزمون برداشت‌کننده در موج منظم، یک برداشت‌کننده برای کارکرد بهینه در موج منظم در منطقه تنگه هرمز طراحی می‌گردد. به جهت کارکرد بهینه برداشت‌کننده در منطقه موردنظر، نخست امواج دریا در محل نصب برداشت‌کننده، در بازه زمانی دو‌ساله مورد بررسی قرار می‌گیرند. نتایج مطالعه امواج تنگه هرمز نشان می‌دهد که فرکانس غالب آن‌ها 0.25 هرتز است. براین‌اساس یک برداشت‌کننده با قطر بویه شناور چهار متر و با انتخاب اندازه‌های بهینه، به‌گونه‌ای طراحی می‌گردد که توان 2.8 کیلوات را از امواج دریافت کند. این پژوهش گامی در جهت توسعه سیستم‌های برداشت انرژی امواج و کاربرد آن‌ها در شرایط فراساحلی است و می‌تواند به‌عنوان مبنایی برای طراحی و بهینه‌سازی سیستم‌های مشابه در آینده مورداستفاده قرار گیرد.
کلمات کلیدی: انرژی تجدیدپذیر، انرژی امواج دریا، برداشت‌کننده دوبدنهای، موج منظم