انقر هنا لمشاهدة فيديو "ملخص مرئي" لهذا الاختراع.
اختراعات علي پور أحمد | التصنيف: اختراعات جديدة في العالم | ذات صلة: الاكتشافات العلمية والاختراعات التكنولوجية
توليد الكهرباء عن طريق بناء سد في البحر!
◉ الاختراع: محطة توليد الطاقة الكهرومائية عن طريق إنشاء سد على الشواطئ العميقة
◉ لمخترع ومالك براءة الاختراع: علي پورأحمد
◉ الفئة: اختراعات جديدة للمخترعين
◉ المقدمة والأهداف:
في هذه المقالة، نشرح بشكل مختصر محطة الطاقة الكهرومائية عن طريق بناء سد على الشواطئ العميقة وتوليد الكهرباء من مياه البحر.
تُسمى الكهرباء المُنتَجة بواسطة مُولِّدات مُتصلة بتوربينات مائية بالكهرباء الكهرومائية. في محطات الطاقة الكهرومائية، يمر الماء عبر التوربينات لتوليد طاقة حركية تُدوِّر عمود التوربين، ثم تُحوِّل المولدات هذه الطاقة الحركية إلى كهرباء. هناك طرق مُختلفة لتصميم التوربينات التي تُستخدم على طول موارد المياه، واستخدام الطاقة الحركية للمياه كمُحرِّك رئيسي لمولدات الكهرباء.
في العديد من محطات الطاقة الكهرومائية، تُوضع التوربينات في مسار مخرج مياه السد لتوفير القوة الدافعة اللازمة للتوربينات عند فتح صمام مخرج المياه. وفي بعض محطات الطاقة الأخرى، تُوضع التوربينات في مسار التدفق المستمر للأنهار أو الشلالات.
◉ الاختراع: محطة توليد الطاقة الكهرومائية عن طريق إنشاء سد على الشواطئ العميقة
◉ لمخترع ومالك براءة الاختراع: علي پورأحمد
◉ الفئة: اختراعات جديدة للمخترعين
الغرض الرئيسي من بناء السد هو توفير موارد مائية لتلبية الاحتياجات الأساسية والضرورية مثل احتياجات الشرب والزراعة، ولكن إذا كان السد قادرًا على الاستفادة من التدفق المستمر للمياه الواردة، فإن التطبيقات الصناعية الأخرى تكون أيضًا على جدول أعمال مديري الطاقة.
◉ الاختراع: محطة توليد الطاقة الكهرومائية عن طريق إنشاء سد على الشواطئ العميقة
◉ لمخترع ومالك براءة الاختراع: علي پورأحمد
◉ الفئة: اختراعات جديدة للمخترعين
وللتغلب على قيود المناخ وإيجاد حل للانخفاض الكبير في موارد المياه العذبة على مدى العقود القليلة الماضية، والذي كان سببه ارتفاع درجات الحرارة العالمية، يتعين علينا إيلاء المزيد من الاهتمام للحلول الجديدة لإعادة تدوير عملية الإنتاج وإعادة استخدام المياه بشكل مثالي، في ظل النمو السكاني المتزايد والتوسع الحضري.
ولذلك، ابتكرت فكرة جديدة لبناء سد على السواحل العميقة لتمكين توليد الكهرباء من مياه البحر في المناطق الساحلية الجافة التي لا يوجد بها أنهار أو مواسم أمطار منتظمة، وأيضا، مع الكهرباء المولدة، سيكون لدينا إمكانية إطلاق محطات تحلية ضخمة للاستخدامات الأساسية.
◉ الاختراع: محطة توليد الطاقة الكهرومائية عن طريق إنشاء سد على الشواطئ العميقة
◉ لمخترع ومالك براءة الاختراع: علي پورأحمد
◉ الفئة: اختراعات جديدة للمخترعين
تتميز هذه الفكرة بقدرتها المهمة على "إعادة تدوير المياه"، أي أنه بالإضافة إلى شاطئ البحر، يُمكننا استخدام هذا التصميم بالقرب من أحواض السدود البرية. بإنشاء واستخدام "نظام إعادة تدوير المياه" في هذا المشروع، وصلت كمية هدر المياه إلى الصفر، وبعد توليد القوة الدافعة اللازمة للمولدات، يُمكننا بسهولة إعادة المياه إلى حوض السد دون هدرها أو تقليل حجم التخزين.
◉ الاختراع: محطة توليد الطاقة الكهرومائية عن طريق إنشاء سد على الشواطئ العميقة
◉ لمخترع ومالك براءة الاختراع: علي پورأحمد
◉ الفئة: اختراعات جديدة للمخترعين
من الحقائق التي لا يمكن إنكارها أن موارد المياه العذبة الطبيعية آخذة في التناقص في جميع البلدان، وبالنظر إلى عوامل مختلفة، مثل تناقص الوصول إلى موارد المياه، وانخفاض مستويات تخزينها، وانخفاض منسوب المياه خلف السدود، وتزايد العوائق والقيود الجيولوجية، والتغيرات البيئية السلبية، يبدو أن الحل الوحيد المتبقي والعملي للغاية هو فكرة استخدام مياه البحر اللامتناهية وعالية الضغط خلف بركة (سد بحري). ورغم التكاليف الباهظة التي تكبدتها الحكومات حتى الآن لبناء سدود كبيرة على الأنهار أو في السهول الفيضية، إلا أن العديد من هذه السدود أصبح في حالة حرجة تمامًا وغير مستخدم بسبب موجات الجفاف المتتالية والارتفاع الحاد في درجات الحرارة العالمية. وفي هذا الصدد، يؤمل أن تُطبق فكرتي الجديدة، وهي بناء محطات طاقة كهرومائية باستخدام "نظام إعادة تدوير مياه البحر".
◉ الوصف الفني للاختراع:
كما يتضح من المحاكاة الحاسوبية (الفيديو في نهاية هذه المقالة)، صممتُ نظامين مختلفين لإعادة تدوير مياه البحر. في التصميم الأول، تُعاد تدوير مياه البحر باستخدام الطاقة الفائضة من الألواح الشمسية، وفي التصميم الثاني، تُعاد تدوير مياه البحر باستخدام صهاريج الشفط والضغط (الشفط العمودي). على الرغم من أن كلا التصميمين قادر على إنتاج طاقة مرغوبة من مياه البحر، إلا أنه نظرًا لعدم استقرار ضوء الشمس، وخاصةً في الليل، فإن النظام الثاني (باستخدام صهاريج الشفط والضغط) يُحقق استمراريةً وتجانسًا أكبر لحركة التوربينات وإنتاج الطاقة.
◉ الاختراع: محطة توليد الطاقة الكهرومائية عن طريق إنشاء سد على الشواطئ العميقة
◉ لمخترع ومالك براءة الاختراع: علي پورأحمد
◉ الفئة: اختراعات جديدة للمخترعين
في كلتا الطريقتين، لزيادة قوة دفع التوربينات، نحتاج إلى زيادة ضغط الماء الداخل إلى البركة. وفقًا للمبادئ الفيزيائية، كلما زاد عمق وارتفاع الماء المحصور في مكان واحد، زاد الضغط الناتج عن قوى الجاذبية على كتلة الماء. لذلك، نحتاج إلى حفر حفرة مستطيلة كبيرة وعميقة (بركة خرسانية) على الشاطئ لزيادة الضغط وتسريع حركة الماء في الأنابيب. تُحاكي هذه البركة الخرسانية ضغط الماء في السد تمامًا، مع اختلاف أن حجم الماء بالكامل يقع خارجها، بينما تقع مرافق إنتاج الطاقة داخلها. أفضل الأماكن لتنفيذ هذا المشروع هي شواطئ البحار العميقة، فكلما زاد عمق الماء على الشاطئ، قلّت الحاجة إلى تقدم هيكل البركة نحو البحر. أفضل كفاءة للضغط تكون عند عمق يتراوح بين 10 و50 مترًا، أي أن عمق حفرة السد (البركة) يجب ألا يقل عن 10 أمتار.
مع زيادة طول البركة، يزداد الضغط الذي يمارسه الماء على بوابة البركة بشكل طبيعي بسبب انحدار الشاطئ وزيادة عمق الماء في نهايتها. ووفقًا لقوانين الفيزياء، كلما زادت القوة وصغرت مساحة السطح، زاد الضغط الممارس على السطح، لذا وُضعت بوابة مدخل المياه في الجدار النهائي للبركة لأن الضغط الناتج عن تراكم ملايين اللترات من مياه البحر خلف الجدار النهائي للسد يخلق إمكانية عالية لتخفيف الضغط، وعند فتح بوابة مدخل المياه، تدخل ملايين اللترات من مياه البحر إلى الأنابيب المؤدية إلى التوربينات بسرعة عالية ومعامل تخفيف ضغط. يمكن أن يكون إطلاق الماء المضغوط خلف البوابة وتوجيهه إلى أنابيب مدخل الخزان بمثابة قوة دافعة قوية للدوران الدوري للتوربينات في هذا السد.
◉ الاختراع: محطة توليد الطاقة الكهرومائية عن طريق إنشاء سد على الشواطئ العميقة
◉ لمخترع ومالك براءة الاختراع: علي پورأحمد
◉ الفئة: اختراعات جديدة للمخترعين
توجد خمسة صمامات لدخول المياه عند البوابة الأمامية للبركة، كل منها مزود بنظام هيدروليكي لفتح أو قطع تدفق المياه. تتصل هذه الصمامات بخمسة أنابيب تنقل المياه المضغوطة بعد عبورها طول البركة إلى منصة التوربينات. وللاستفادة من أقصى ضغط، تُركّب صمامات دخول المياه في أدنى نقطة قرب قاع البركة. ولمنع دخول الأسماك والكائنات البحرية الأخرى، زُوّد كل صمام بفلتر لدخول المياه. يُعتبر ارتفاع الجدران الداخلية للبركة مساويًا لأعلى كفاءة ضغط عند عمق 50 مترًا، مع إمكانية الضخ الطبيعي عند عمق أقل (10 أمتار) باستخدام ضغط الحجم الكبير من مياه البحر خلف البركة.
بعد دخول مياه البحر إلى الأنابيب في قاع البركة، تستمر في الحركة حتى تدخل الماء إلى حجرة شفرات التوربين تحت ضغط عالٍ. يُولّد هذا الضغط العالي قوة كافية ومناسبة لتحريك الشفرات وتدوير عمود التوربين. والنقطة المهمة هي استقرار التدفق المتناوب لحركة المياه، لأن مصدر توليد الطاقة هو مياه البحر اللامتناهية، مما يسمح باستمرار حركة التوربينات دون التأثر بتقلبات الطقس.
◉ انقر على أي من صور المعرض أدناه للتكبير:
يتصل كل توربين بمولد متزامن رأسي. يتم هذا الاتصال عبر عمود التوربين إلى دوار المولد. الدوار هو الجزء الدوار من نظام نقل الطاقة في المولدات، والذي يشمل العمود، والمحور، والعجلة المغناطيسية، والأقطاب. في الواقع، ينقل عمود الدوار عزم الدوران من التوربين المائي إلى المولد، ومع دوران عمود التوربين، يدور دوار المولد أيضًا، ويتم توليد الكهرباء.
◉ الاختراع: محطة توليد الطاقة الكهرومائية عن طريق إنشاء سد على الشواطئ العميقة
◉ لمخترع ومالك براءة الاختراع: علي پورأحمد
◉ الفئة: اختراعات جديدة للمخترعين
بعد دخول الماء إلى التوربين، يجب أن يخرج هذا التدفق الضغطي من الجانب الآخر للتوربين. ونظرًا لأن ارتفاع حفرة البركة يتراوح بين 10 و50 مترًا، فمن الطبيعي أن تكون حركة الماء في اتجاه مضاد للجاذبية وصاعدًا، والتي تُعتبر أحد أهم تحديات هذا المشروع، قد استخدمتُ حلين عمليين لحل هذه المشكلة. الحل الأول هو استخدام مضخات شفط تعمل بطاقة الألواح الشمسية، والحل الثاني هو صهاريج تفريغ قادرة على سحب الماء إلى العمق المطلوب دون الحاجة إلى طاقة.
في الحل الأول، صُممت أنابيب تصريف المياه من التوربينات إلى أعلى البركة لإعادة تدوير المياه إلى البحر باستخدام مضخات الشفط. وبالنظر إلى الضغط الديناميكي الكلي (المسافة الرأسية التي يجب أن تضخها المضخة) وانخفاض الضغط في الأنابيب، يجب استخدام مضخات عالية التدفق (تُزيح حجمًا كبيرًا من السوائل) لتعويض هذا الفقد الناتج عن الاحتكاك. ينبغي اختيار نوع مضخات الشفط بناءً على عوامل مختلفة، منها قطر أنبوب دفع البركة، وحموضة مياه البحر (التي تتراوح عادةً بين 7.5 و8.4 بمتوسط حوالي 8.1)، واللزوجة الحركية لمياه البحر (حسب درجة الحرارة والملوحة)، والطاقة الكهربائية لكل مضخة. النقطة المهمة التالية هي أن الحد الأدنى للطاقة لمصدر الطاقة يجب أن يكون ثلاثة أضعاف الطاقة التي تحتاجها المضخات، لذلك لإنتاج الطاقة الكهربائية بشكل منفصل عن المولدات، يجب استخدام مصدر توليد جهد وتردد مترابط آخر. ولتحقيق هذه الغاية، ولمنع استهلاك الحمل والحفاظ على طاقة الخرج النشطة للمولدات الرئيسية، تم استخدام عدد كبير من الألواح الشمسية لإنتاج جهد مستقل ومنفصل في هذا التصميم.
◉ الاختراع: محطة توليد الطاقة الكهرومائية عن طريق إنشاء سد على الشواطئ العميقة
◉ لمخترع ومالك براءة الاختراع: علي پورأحمد
◉ الفئة: اختراعات جديدة للمخترعين
على الرغم من الأداء الجيد لإعادة تدوير مياه البحر باستخدام مضخات الشفط المجهزة بألواح شمسية، إلا أنه لتجنب عوامل مثل تكاليف تركيب وصيانة المضخة وتزويد البركة بلوح شمسي كمصدر طاقة منفصل، استبدلتُ حلاً أكثر اقتصادًا وكفاءة، وهو استخدام صهاريج الشفط الفراغية. باستخدام نظام شفط المياه باستخدام صهاريج التفريغ، يُمكننا تدوير كمية المياه في الأنابيب دون الحاجة إلى طاقة كهربائية. يُساعد هذا الدوران المستمر للمياه في الأنابيب على دوران التوربينات بسلاسة أكبر، مما يُوفر الطاقة اللازمة لإنتاج الكهرباء بواسطة المولدات.
في هذه الفكرة، بإزالة جزيئات الهواء ودفعها خارج الحجرة المعزولة لخزانات الشفط، يتم إنشاء فراغ قوي ذي خصائص شفط عالية. فإذا وضعنا صمامي مدخل على الجانبين العلوي والسفلي لخزانات التفريغ لإدخال الطاقة (كتلة الماء) عند ضغط جوي ثابت داخل الحجرة، فإن هذا التغير في الضغط الداخلي للخزان يُمكّن نقاط الفراغ (جزء الخزان الخالي من الماء) من تحقيق قدرة شفط تُعادل الضغط الداخلي. ويعود ذلك إلى الطبيعة المتأصلة للضغط الجوي، والذي يتحقق دائمًا من خلال الحركة المضغوطة للجزيئات من المناطق العليا إلى المستويات الدنيا لملء الفراغ وتسويته بينها.
تُفعّل قدرة الشفط هذه وتُشارك في دورة الدوران عن طريق تحرير صمامي الدخول العلوي (نصفهما بدون ماء) والخروج السفلي من صهريج التفريغ (نصفهما بالماء) في آنٍ واحد. ويعود ذلك إلى الطبيعة الفيزيائية للفراغ في ظل استمرار انخفاض ضغط الهواء في بيئة مغلقة مقارنةً بالضغط الجوي للهواء خارجها. في الواقع، يؤدي عدم وصول ضغط حجرة الصهريج إلى حد الفراغ المطلق (صفر ضغط وغياب جزيئات الغاز) إلى تغير نسبي في الضغط، ويخلق حركة مستمرة في دخول وخروج الماء دون استخدام مضخات كهربائية. بمعنى آخر، تُحوّل صهاريج الشفط الفراغ إلى طاقة لضخّ قويّ للماء.
◉ الاختراع: محطة توليد الطاقة الكهرومائية عن طريق إنشاء سد على الشواطئ العميقة
◉ لمخترع ومالك براءة الاختراع: علي پورأحمد
◉ الفئة: اختراعات جديدة للمخترعين
في هذه الفكرة، وضعتُ بركة صغيرة خلف منصة التوربينات وفي نهاية بركة السد الرئيسية، وهي في الواقع منفذ المياه من التوربينات. يساعد وجود هذه البركة صهاريج الشفط على سحب المياه من الصمام العلوي للصهريج إلى حجرة التفريغ بضغط ثابت وغير متقلب (بسبب حركة ريش التوربين)، ثم إعادتها إلى البحر عبر الصمام السفلي للصهريج. هناك احتمال لتعطل الضغط الجوي الثابت داخل صهاريج التفريغ في حال عدم استخدام هذه البركة وتوصيل أنابيب الصهاريج مباشرةً بالتوربينات، لأن التدفق المتناوب لسحب المياه ينقطع في حال تعطل الضغط الجوي الثابت داخل صهاريج التفريغ.
إن بناء محطة للطاقة الكهرومائية باستخدام الطاقة النظيفة من مياه البحر يمكن أن يساعد بشكل كبير في الحد من الملوثات الغازية والكيميائية في جميع أنحاء العالم، وباعتبارها بنية أساسية مهمة، فإنها تعمل على تسريع عملية صنع السياسات في المجتمع الدولي لتشجيع المزيد من البلدان على استخدام الموارد المتجددة والصديقة للبيئة.
وكما هو الحال مع الاختراعات الأخرى، يتمتع هذا الاختراع أيضًا بإمكانية التطوير والتحسين بشكل أكبر، ويمكن أن يساهم تسويقه بشكل كبير في الحد من التدهور البيئي.
نهاية المقال//
◉ فيديو محطة توليد الطاقة الكهرومائية عن طريق إنشاء سد على سواحل المحيطات العميقة / التصنيف: اختراعات علي بور أحمد
◉ صانع الرسوم المتحركة لهذا الفيديو: علي بورأحمد
◉ ملحن الموسيقى لهذا الفيديو: علي بورأحمد
◉ الراوي: علي بورأحمد
◉ اللغة: الانجليزية
◉ الترجمة: لا يوجد
◉ الاختراعات العلمية لعلي پورأحمد
◉ أفلام الخيال العلمي لعلي پورأحمد
◉ جوائز علي پور أحمد
◉ لوحات للفنان علي پورأحمد
◉ موسيقى علي بورأحمد الآلية
إعلان
