انقر هنا لمشاهدة فيديو "ملخص مرئي" لهذا الاختراع.
اختراعات علي پور أحمد | التصنيف: اختراعات جديدة في العالم | ذات صلة: الاكتشافات العلمية والاختراعات التكنولوجية
بناء محطة للطاقة الكهرومائية عن طريق إنشاء دوامة اصطناعية كبيرة في البحر!
◉ الاختراع: توليد الكهرباء عن طريق إنشاء دوامة صناعية كبيرة في البحر
◉ المخترع ومالك براءة الاختراع: علي پورأحمد
◉ الفئة: اختراعات جديدة للمخترعين
◉ المقدمة والأهداف:
في هذه المقالة سوف نشرح بشكل مختصر محطة الطاقة الكهرومائية من خلال إنشاء دوامة اصطناعية كبيرة في البحر وبرك مغلقة من الماء.
يُشار إلى الطاقة الكهرومائية باختصار على أنها عملية توليد الطاقة المحركة من الماء لتدوير التوربينات، ثم نقل الطاقة إلى مولد لتحويلها إلى كهرباء. هناك العديد من المصادر في الطبيعة التي تتميز بطبيعة متأصلة للطاقة الميكانيكية المتذبذبة في بنيتها، والماء أحد هذه المصادر. في الواقع، يتمتع الماء بالقدرة على التحول إلى طاقة ميكانيكية متذبذبة بسبب تفاعله مع قوى أخرى في الطبيعة، والتي يمكن استخلاصها من الماء بأشكال مختلفة حسب نوع ضغط القوى المحيطة. هناك عدة طرق لتحويل الطاقة المتذبذبة للمياه المتحركة إلى طاقة كهربائية وتوليد الكهرباء. عادةً ما تُستخدم التوربينات في معظم طرق الاستخراج لأن دوران الشفرات ثم العمود يُنتج أكبر قدر من الطاقة التي تُنقل إلى المولد. في بعض المشاريع الأخرى، يُستخدم التذبذب الميكانيكي لأمواج البحر الصاعدة والهابطة أو الحركة الانتقالية في الفيزياء لتوليد الطاقة.
في جميع محطات الطاقة الكهرومائية، يتم تثبيت التوربينات في مسار تدفق المياه بحيث يقوم تدفق المياه بتدويرها بعد اصطدامها بشفرات التوربين ويخلق عزم الدوران للمولد.
◉ الاختراع: توليد الكهرباء عن طريق إنشاء دوامة صناعية كبيرة في البحر
◉ المخترع ومالك براءة الاختراع: علي پورأحمد
◉ الفئة: اختراعات جديدة للمخترعين
إن ندرة المياه العذبة في العالم والاستخدام الموجه لها جعلا المياه لا تُعتبر مصدرًا مستقرًا وموثوقًا لاستخراج الطاقة في معظم الدول. ومع ذلك، حتى في المناطق ذات الأمطار الغزيرة أو المطلة على البحر، لم تُطرح خطط مبتكرة لاستخراج الطاقة من المياه، كما أن الغالبية العظمى من المشاريع الحالية (في المناطق الغنية بالمياه) تُهدر كميات كبيرة من المياه أثناء عملية إنتاج الطاقة.
◉ الاختراع: توليد الكهرباء عن طريق إنشاء دوامة صناعية كبيرة في البحر
◉ المخترع ومالك براءة الاختراع: علي پورأحمد
◉ الفئة: اختراعات جديدة للمخترعين
دفعتني هذه التحديات والقيود إلى ابتكار فكرة استخدام واستخراج الطاقة من الماء دون هدر. بمعنى آخر، حاولتُ في هذه الفكرة إعادة الماء إلى مصدره بعد استخراج الطاقة منه وتحويلها إلى طاقة، بحيث يصل معدل هدره إلى الصفر، وهو عامل مهم وعملي في المناطق قليلة الموارد المائية. صُممت هذه الفكرة بناءً على قوانين الفيزياء الأساسية، بحيث يمكننا نقل كتلة الماء من حالة السكون إلى حالة الحركة، واستخدام هذه الحركة لتوليد الطاقة.
فيما يتعلق بإعادة تدوير المياه وفكرة استخدام سائل ثابت، أصبح السلوك الفيزيائي للدوامات نموذجًا لتصميمي الأولي، مع فارق أن الدوامات تُنشأ بناءً على تغيرات قوى الطبيعة، أما في التصميم الذي قدمته، فنُنشئ الدوامة اصطناعيًا بطريقة تسمح لنا بزيادة أبعاد نصف قطر دائرة الدوامة، وكذلك التحكم في سرعة دوران الماء داخلها. باستخدام هاتين الميزتين، يزداد
◉ الاختراع: توليد الكهرباء عن طريق إنشاء دوامة صناعية كبيرة في البحر
◉ المخترع ومالك براءة الاختراع: علي پورأحمد
◉ الفئة: اختراعات جديدة للمخترعين
يتميز هذا المشروع بقدرة "إعادة تدوير" مهمة، ما يعني أنه بالإضافة إلى الاستفادة من سواحل البحر، يُمكننا أيضًا استخدام هذا المشروع بجوار برك السدود البرية لإعادة المياه إلى مصدرها الأصلي. بفضل إنشاء واستخدام "نظام إعادة تدوير المياه" في هذا المشروع، وصلت كمية المياه المهدرة إلى الصفر، ويمكننا بسهولة إعادة المياه إلى بركة السد دون هدر، مما يُقلل من كمية التخزين بعد توليد الطاقة اللازمة للمولدات. تتجلى أهمية نظام "إعادة تدوير المياه" بشكل أكبر عند تنفيذ المشروع في المناطق ذات منسوب المياه المنخفض، إذ يُتيح لنا هذا المشروع توليد الكهرباء ومنع هدر المياه، وبعد عملية استخراج الطاقة، تُعاد المياه إلى بحيرة السد أو بركة التخزين.
◉ الاختراع: توليد الكهرباء عن طريق إنشاء دوامة صناعية كبيرة في البحر
◉ المخترع ومالك براءة الاختراع: علي پورأحمد
◉ الفئة: اختراعات جديدة للمخترعين
نظراً لانخفاض موارد المياه الجوفية نتيجة الجفاف والاحتباس الحراري، فإن بناء محطات الطاقة الكهرومائية باستخدام "نظام إعادة تدوير المياه" يمكن أن يُسهم بشكل كبير في تعويض انخفاض موارد المياه العذبة عالمياً. ويمكن تطبيق هذه الفكرة في البحار، والبحيرات خلف السدود، وبرك تخزين المياه الكبيرة. وإذا بنينا هذه المحطة في البحر، فسنتمكن أيضاً من استخدام أنظمة توليد الطاقة من المياه العذبة، لأن الدوامة الاصطناعية تُوفر الكهرباء اللازمة لخزانات إنتاج البخار في أنظمة التقطير الحراري، بالإضافة إلى استخدام الطاقة المتجددة لأغراض أساسية.
◉ الوصف الفني للاختراع:
كما هو موضح في المحاكاة الحاسوبية (فيديو في نهاية هذه المقالة)، لإعادة تدوير مياه البحر أو بحيرة السدود، استخدمتُ فكرةً جديدةً تتمثل في إنشاء دوامة اصطناعية. تتم إعادة تدوير المياه في هذه الفكرة بواسطة خزاني شفط وضغط (مضخات شفط تفريغية). يمكن أن يُسبب استخدام خزاني الشفط والضغط حركةً دورانيةً ميكانيكيةً بسبب استمرارية وانتظام حركة شفرات التوربين. بالإضافة إلى ذلك، يُولّد استخدام الحركة الدورانية للدوامة ضغطًا أكبر عند دخول الماء إلى صمام التوربين، مما يُحسّن بشكل طبيعي عمل التوربين بقوةٍ واستمرارية.
◉ الاختراع: توليد الكهرباء عن طريق إنشاء دوامة صناعية كبيرة في البحر
◉ المخترع ومالك براءة الاختراع: علي پورأحمد
◉ الفئة: اختراعات جديدة للمخترعين
في هذه الطريقة، استخدمتُ بركة أسطوانية ذات نصف قطر مرن. والسبب في استخدام هيكل أسطواني للبركة هو تقليل معامل احتكاك حركة الماء على جدار البركة وجوانبها، بحيث يمكن للماء بهذه الطريقة أن يتحرك بسلاسة ودوران داخل دائرة البركة دون الانخراط في زوايا 45 درجة. ووفقًا لمبادئ الفيزياء، كلما زاد نصف القطر من مركز الماء الذي قمنا بحصره في مكان واحد، زاد الضغط الناتج عن سحب الجاذبية على كتلة الماء، لذلك لتحقيق سرعة وضغط أكبر لدوران الماء داخل البركة، نحتاج إلى بناء بركة أسطوانية. يمكن صنع هذه البركة من الخرسانة بطبقة مقاومة للماء، أو المعدن بطبقة مقاومة للماء، أو من البلاستيك المدمج والمتين. بعد وصول الماء المحصور في هذه البركة إلى مرحلة الدوران المستمر، يُمكنه محاكاة ضغط دوامة كبيرة بدقة، مع وجود منشأة إنتاج الطاقة داخل البركة وفي مركز الدوامة. أفضل الأماكن لتنفيذ هذا المشروع هي ساحل البحر، وداخل سدود البحيرة، وبرك المياه المستقلة.
الدوامة ظاهرة فيزيائية تنتج عن الحركة الدائرية للغاز أو السائل ضمن نطاق معين. يوجد في مركز الدوامة نقطة تدور حولها المادة، وفي الواقع، يتشكل الدوران عندما تتغير سرعة شيء يحيط بهذه النقطة أو الخط. وبسبب هذه الخاصية، يمكن اعتبار مرور الهواء فوق جناح الطائرة مثالاً على دوران الدوامة. في هذه الفكرة، باستخدام بركة دائرية، يتم التخلص من قوى الاحتكاك عند الزوايا ويظل الزخم الزاوي للماء ثابتًا أثناء تحركه إلى الداخل. على الرغم من أن سرعة الماء في الجدار الداخلي للبركة تقل قليلاً كلما اقترب من مركز الدوامة، إلا أن هذه الكمية من الضغط الدوراني في مركز الدوامة كافية لإجبار الماء على دخول مدخل التوربين بقوة وضغط كبيرين. هذا الضغط المائي بعد دخوله إلى التوربين لديه القدرة على تدوير شفرات التوربين بسرعة وبقوة لأن ضغط الماء في وضع الدخول الديناميكي (الماء المتحرك) إلى التوربينات سيكون أعلى بحوالي 5 مرات من الضغط في وضع الدخول الساكن (الماء غير المتحرك) والذي يختلف حسب سرعة دوران الدوامة.
◉ الاختراع: توليد الكهرباء عن طريق إنشاء دوامة صناعية كبيرة في البحر
◉ المخترع ومالك براءة الاختراع: علي پورأحمد
◉ الفئة: اختراعات جديدة للمخترعين
لتحريك الماء داخل البيئة الأسطوانية للبركة، يجب توليد قوى تُسمى القوى المركزية وتطبيقها على الماء داخل البركة. تُولّد هذه القوى جذبًا للكتلة المحيطة نحو مركز الدوامة، وهو في الواقع السبب الرئيسي للحركة الدورانية في الدوامة أو في نظام مشابه لقوى دوران الأعاصير. يعتمد توزيع سرعة الماء والضغط في منحدر الدوامة على ارتفاع عمقها، مما يعني أن زيادة سرعة الدوران في قاع الدوامة تُمثل تركيزًا أكبر للقوى المركزية في تلك المنطقة. تعني هذه القوانين الفيزيائية أنه لتحقيق سرعة دوران أعلى للماء (في البرك ذات نصف القطر الأصغر)، يجب توليد قوى ضغط أكبر. لتجنب هذا التحدي، اعتبرتُ أن نصف قطر البركة 200 متر من المركز بحيث يصل جدار الدوامة عند أدنى نقطة له إلى أقصى سرعة ممكنة من خلال الجمع بين ضغط الهواء وضغط الماء والجاذبية.
كما هو واضح في الصور، صُمم هذا التصميم واسع النطاق على البحر لتحقيق أعلى كفاءة في توليد الكهرباء من دوران الماء. تقع غرفة مدخل المياه للتوربين في منتصف البركة، وهي متصلة بقاع البحر بأربعة أرجل سميكة وطويلة. المحطة (الغرفة الأسطوانية) مصنوعة من المعدن بطبقة طلاء مقاومة للماء، وتضم غرفة التوربين والعمود المتصل بالمولد وغرفة التحكم للموظفين. يبلغ ارتفاع المحطة (الغرفة الأسطوانية) حوالي 20 مترًا (من أدنى نقطة إلى أعلى نقطة) وعرضها حوالي 30 مترًا (قطر). تقع غرفة ريش التوربين الكبيرة في الجزء الأوسط والسفلي من المحطة.
◉ انقر على أي من صور المعرض أدناه للتكبير:
ثُبّتت ثمانية صمامات لدخول المياه في الجزء السفلي من المحطة، بحيث يُؤدي دخول المياه إلى حجرة الشفرات إلى دوران عمود التوربين. يُستخدم كوع بزاوية 45 درجة عند كل مدخل لتقليل الاحتكاك، ووضع مدخل كل أنبوب في المسار المباشر لدوران المياه، مما يسمح بدخول المزيد من الضغط إلى حجرة شفرات التوربين. تلعب هذه الكوع الثمانية دورًا بالغ الأهمية في الحفاظ على الطاقة ونقلها إلى التوربين دون أي هدر. في حال عدم استخدام كوع التوصيل بزاوية 45 درجة، سيحدث احتكاك شديد مع دوران المياه في خط منحني وغير متساوٍ مع مدخل التوربين، مما يؤدي إلى انخفاض الضغط عند مدخل المياه بأكثر من 50%.
◉ الاختراع: توليد الكهرباء عن طريق إنشاء دوامة صناعية كبيرة في البحر
◉ المخترع ومالك براءة الاختراع: علي پورأحمد
◉ الفئة: اختراعات جديدة للمخترعين
التركيب الفيزيائي لدوران الماء في البركة هو أنه بعد فتح صمامات الدخول الثمانية، يُسحب الماء إلى غلاف ريش التوربين. بعد دخول التوربين وتدوير الريش المتصلة بالعمود، يُفرّغ الماء من أنبوب المخرج أسفل الغلاف، ويُسحب بواسطة خزاني تفريغ كبيرين. يؤدي هذا السحب إلى تسريع التدفق بين مدخل ومخرج التوربين، ويزيد من سرعة دوران عمود التوربين. كما يؤدي هذا السحب إلى زيادة سرعة دوران الدوامة، التي تُمارس، بسبب هذه الشحنة الحركية، قوى مركزية أقوى باتجاه منحدر الدوامة، مما يزيد من ضغط الماء داخل التوربين.
للتعويض عن الارتفاع الديناميكي الكلي (المسافة الرأسية التي يجب أن يدخل بها الماء إلى الصهريج) وانخفاض الضغط في الأنابيب، تم تركيب صهريجين شفط مفرغين على جانبي المحطة. يخلق هذان الصهريجان فراغًا قويًا جدًا بخصائص شفط عالية عن طريق إزالة الهواء وضغطه خارج خزان عزل الشفط. بتحرير صمام مخرج الصهريج باتجاه البركة، يبدأ الضغط الجوي داخل الخزان في تحريك جزيئات الهواء المضغوط من المستويات العليا إلى المستويات السفلية لتسوية المساحة بين الجزيئات. تجبر هذه الحركة طاقة كتلة الماء على الضغط الجوي الثابت داخل الخزان، ونتيجة لذلك، يؤدي التغيير في الضغط الداخلي للخزان إلى إنشاء خاصية شفط قوية على جانب صمام المدخل في الجزء العلوي من الصهريج.
◉ الاختراع: توليد الكهرباء عن طريق إنشاء دوامة صناعية كبيرة في البحر
◉ المخترع ومالك براءة الاختراع: علي پورأحمد
◉ الفئة: اختراعات جديدة للمخترعين
يتم تحقيق قدرة الشفط هذه عن طريق فتح المدخل العلوي للخزان (الماء الخارج من التوربين) إلى دورة مستقرة بالضغط المطلوب، وتكتمل دورة العودة عن طريق شفط الماء من التوربين إلى الخزان ثم من الخزان إلى البركة. يؤدي فشل ضغط غرفة الخزان في الوصول إلى حد الفراغ المطلق (ضغط صفري وعدم وجود جزيئات غاز) إلى حدوث تغيرات في الضغط ويخلق حركة منتظمة للمياه عند مدخل ومخرج الخزان ويتم نقل شحنة الضغط الناتجة عن ضخ المياه بواسطة خزانات الشفط الفراغي إلى نظام الدوران الدوامي الاصطناعي. يؤدي الدوران المستمر للمياه من الخزان إلى خزان التوربين ومن التوربين إلى خزان الشفط الفراغي ثم العودة إلى البركة إلى حركة دورانية مستقرة ومستمرة للتوربين ويتم إنشاء القوة اللازمة بواسطة المولد لإنتاج الكهرباء.
فوق التوربين، يُركّب مولد متزامن رأسي في مركز الحجرة الأسطوانية للمحطة لربط التوربين بالمولد، ونقل عزم الدوران في خط مستقيم دون أي فقدان للطاقة. يتصل عمود التوربين مباشرةً بدوار المولد، بحيث ينتقل عزم الدوران إلى المولد عن طريق تدوير العمود، مما يؤدي إلى دوران الدوار وتوليد الكهرباء. وللتحكم في النظام بالقوة البشرية، صُممت ورشة عمل داخلية فوق سطح التوربين، تتيح لفريق من الخبراء المراقبة المباشرة والتحقق من سلامة تشغيل التوربين والمولد.
◉ الاختراع: توليد الكهرباء عن طريق إنشاء دوامة صناعية كبيرة في البحر
◉ المخترع ومالك براءة الاختراع: علي پورأحمد
◉ الفئة: اختراعات جديدة للمخترعين
إن بناء محطة طاقة كهرومائية اصطناعية تعمل بالدوامات باستخدام طاقة مياه البحر أو البرك لا يوفر فقط استخدام موارد المياه المحدودة، بل يُحدث أيضًا تأثيرات كبيرة في الحد من تلوث محطات الطاقة التي تعتمد على الوقود الأحفوري. في أنحاء كثيرة من العالم، يُمكن استخدام موارد متجددة وصديقة للبيئة، ولا يتطلب ذلك سوى عزم دولي وتخطيط عملي من قِبل صانعي سياسات الطاقة لتحقيق الاستخدام الأمثل للموارد المتجددة. آمل أن تُشجع هذه الخطط والأفكار وتُسرّع وتيرة التحول نحو الاستخدام المطلق للطاقة النظيفة في جميع أنحاء العالم.
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 توليد الكهرباء عن طريق إنشاء دوامة صناعية كبيرة في البحر / التصنيف: اختراعات علي پور 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
