انرژی موج (به انگلیسی: Wave power) در دریا و اقیانوس‌ها بر اثر وزش باد روی سطح آب، موج تولید می‌شود. انرژی مکانیکی باد که در اثر جذب نابرابر گرمای پرتوهای فروسرخ و نور مریی خورشید به وجود می‌آید، به شکل انرژی پتانسیل گرانشی در آب دریا ذخیره شده که پس از مدت کوتاهی آب دریا آن را به شکل انرژی جنبشی (موج) پس می‌دهد. کل انرژی موجِ توزیع شده در زمین در حدود ۲۵۰۰ گیگاوات تخمین زده می‌شود که در حدود توزیع کلی انرژی جزر و مد است. انرژی موج منبع تجدیدپذیر است (انرژی برگشت‌پذیر) و معمولاً نسبت به انرژی باد بیشتر قابل تولید است. انرژیی که از امواج استخراج می‌شود دوباره به سرعت توسط برهمکنش با دو سطح اقیانوس پر می‌شود. انرژی موج نامنظم، نوسانی و دارای فرکانس پائین است که قبل از اضافه شدن به شبکه باید یه فرکانس ۶۰ هرتز تبدیل شود و همچنین انرژی که از امواج استخراج می‌شود دوباره به سرعت توسط برهمکنش با دو سطح اقیانوس پر می‌شود. انرژی امواج عمدتاً ناشی از تأثیر باد روی سطح دریا است و باد، خود حالت خاصی از انرژی خورشیدی است که به عنوان منبع انرژی پاک و تجدیدپذیر می‌تواند نقش مهمی در تأمین نیازهای روزافزون انرژی جهان ایفا نماید.

1- انرژی حاصل از دریا و اقیانوس 

 انرژی های قابل جذب از دریاها به  چهار نوع دسته بندی می شود که دلایل مختلفی باعث شکل گیری  این پدیده ها هستند.

این چهار نوع انرژی عبارتند از:

• انرژی امواج(Wave Energy)
• انرژی جزر و مد (Tidal Energy)
• جریان دریایی/اقیانوسی(Marine Current)
• انرژی حرارتی اقیانوس ها(Ocean Thermal Units)

امروزه به دلایلی نظیر افزایش قیمت نفت خام و سایر حامل های انرژی و تصویب قوانین و مقررات سختگیرانه زیست محیطی، بهره گیری از انواع انرژی های تجدیدپذیر از جمله انرژی های قابل جذب از آب دریاها و اقیانوس ها جذابیت زیادی پیدا کرده است. انرژی نهفته در دریاها شامل انواع انرژی اولیه مکانیکی و حرارتی است. چرخش زمین و جاذبه ماه نیروهای مکانیکی را ایجاد می کند. دوران زمین باعث وزش باد در سطح اقیانوس ها شده و این پدیده به شکل گیری موج می انجامد در حالیکه جاذبه ماه موجب ایجاد جزر و مد ساحلی و جریانات دریایی می شود. انرژی حرارتی دریافتی از خورشید سطوح اقیانوس ها را گرم کرده در صورتیکه با افزایش عمق آب سردتر می شود. این گرادیان حرارتی استخراج انرژی را میسر کرده و امکان تبدیل آن به برق را فراهم می کند. سابقه بهره گیری از انرژی اقیانوس به قرن هیجدهم بر می گردد. مونسیرجرارد نخستین تلاش برای ثبت دستگاه تبدیل انرژی امواج را در سال 1799 به ثمر رساند. وسیله ابداعی از یک کشتی متصل به ساحل تشکیل شده بود که با امواج پمپ ها و سایر ماشین ها را به راه می انداخت. در فاصله 1800 تا 1960 تلاش ها و تحقیقات چندانی  در حوزه بهره گیری و شناخت انرژی امواج صورت نگرفت تا اینکه در سال 1966 بزرگترین ایستگاه تولید برقی کشندی جهان در  فرانسه ساخته شد. ایستگاه تولید برق مذکور هم اکنون در حال بهره برداری بوده و در سال حدود 240 مگاووات ساعت برق تولید می کند.

 در بحبوحه بحران نفتی 1973 و افزایش شدید قیمت نفت خام تلاش ها برای بهره گیری از سایر منابع انرژی از جمله انرژی نهعفته در دریاها و اقیانوس ها مضاعف شد. در همان زمیان یک مهندس اسکاتلندی به نام استفان سالتر نخستین گام ها بریا توسعه ژنراتور موج دریایی به نام داک سالت را برداشت. داک به همراه امواج به سمت بالا و پایین حرکت کرده و توربین این جنبش را به انرژی برق تبدیل می کند. این وسیله شگفت آور تبدیل موج، 6 مگاوات برق با قیمت حدود یک لار بر کیلووات ساعت تولید می کرد. بنابراین هزینه اولیه برق از امواج دریایی بسیار بالا به نظر می رسید و داک سالتر هیچ وقت دیگر برای تولید برق ساخته نشد. با افزایش قیمت نفت و انتظار بالا ماندن آن در آینده جستجو برای یافتن منابع انرژی جایگزین بار دیگر در دستور کار تحقیقات قرار گرفته است. در سال های اخیر افزایش جذابیت انرژی اقیانو س ها،  موجب تجاری شدن فناوری های انرژی اقیانوس شده است.

1-1- انواع فناوری ها

چهار نوع تبدیل انرژی از دریا هم اکنون وجود دارد که شامل انرژی امواج، انرژی جزر و مد و انرژی جریان دریایی و تبدیل انرژی حرارتی اقیانوس می باشد.

1-1-1-  انرژی امواج

انرژی امواج در اثر انتقال انرژی از باد به دریا بوجود می آید. نرخ انتقال انرژی، به سرعت باد و مسافتی بستگی دارد که در طول آن باد با سطح آب در تماس است. قدرت موج بر حسب کیلووات بر متر بوده که بیانگر نرخ انتقال انرژی از عرض یک مسیر معینی به طول 1 متر و موازی با جبهه موج می باشد. بالاترین چگالی انرژی امواج در سواحلی که در معرض میدان وزش بادهای طولانی و مستمر قرار دارند بوجود می آید. با وجود پوشش بیش از دو سوم سطح کره زمین توسط دریاها و وجود سواحل گسترده و مساعد جهت استحصال انرژی کلان نهفته در امواج نیرومند دریاها، بشر نتوانسته است به صورت جدی از این منبع عظیم انرژی بهره برداری نماید. در طی قرون اخیر، ایده استحصال انرژی امواج کماکان به صورت پراکنده مطرح بوده است ولی عملاً در راستای این امر در دهه 1970 تعدادی از کشورها از جمله انگلستان، آمریکا هندوستان، ژاپن، ایرلند و کانادا پروژه ای غالباً در سطوح آزمایشی و تحقیقاتی راه انداز کردند. آنچه باعث تفکیک تبدیل انرژی امواج می شود مبتنی بر روشی است که امواج توربین را به حرکت در می آورد.

1-1-2-  انرژی جزر و مد

1-1-3- انرژی جریان دریایی

جریان دریایی حرکت آب اقیانوس در یک جهت است همچنین جزر و مدها جریانی ایجاد می کنند که در دو جهت حرکت می کند این انرژی جنبشی جریان امواج و جریان آب از طریق توربین های غوطه ور در آب استخراج می شود که خیلی شبیه به توربین های بادی هستند. همانند توربین های بادی جنبش ثابت جریان دریایی تیغه های توربین را برای تولید برق به حرکت در می آورند.

1-1-4- تبدیل انرژی حرارتی اقیانوس

تبدیل انرژی حرارتی اقیانوس یا OTES از اختلاف دمای سطح و عمق اقیانوس(1000 متری) بهره می گیرد. اختلاف دمای 20 درجه سانتی گراد می تواند انرژی مفیدی ایجاد نماید. پژوهش ها بر دو نوع از فناوری های OTEC برای استخراج انرژی حرارتی و تبدیل آن به برق تمرکز کرده اند. سیکل بسته و باز. در روش سیکل بسته یک سیال عامل نظیر آمونیک از طریق یک مبدل حرارتی پمپ شده و سپس بخار می شود. این جریان بخار یک توربین را راه می اندازد آب سرد موجود عمق اقیانوس با چگالیش بخار ورودی آن را به مایع تبدیل می کند و دوباره به مبدل حرارتی بر می گرداند. در سیستم های باز، آب گرم سطح اقیانوس را با فشار زیاد وارد یک محیط خلأ کرده و به جریانی گرداننده توربین تبدیل می کنند. جریان سپس با بهره گیری از آب سرد اعماق اقیانوس چگالیده می شود.

منابع انرژِی امواج

انرژی امواج به صورت غیر یکنواخت در سطح جهان گسترده شده اند. نقشه رو به رو تمرکز این انرژی را در نیمکره شمالی و جنوبی بین عرض جغرافیایی 30 تا 60 درجه نشان می دهد. سواحل غربی اروپا، سواحل کانادا و آمریکا، و سواحل جنوب غربی استرالیا، نیوزلند، آمریکای جنوبی، و آفریقای جنوبی از جمله بهترین نواحی برای بهره برداری این انرژی به شمار می آیند. 

مبدل‌های انرژی موج

1. جسم متحرک: این روش از انرژی موج برای حرکت دادن یک جسم و تبدیل حرکت آن به انرژی الکتریکی بهره می‌برد.

2. ستون نوسانگر آب: ستونی از آب در یک لوله بدون کف یا جعبه شناور روی سطح دریا بالا و پائین می‌رود و این حرکت تولید جریانی از هوا با سرعت زیاد می‌کند که می‌تواند توربین را به حرکت درآورد.

3. سطح فشرده شونده: از تغییرات فشار آب برای ایجاد هوای فشرده درون یک سیستم مستغرق استفاده می‌کند. این فشار می‌تواند تبدیل به جریانی از هوا یا آب شود و به انرژی الکتریکی تبدیل شود.

4. دستگاه سرریزکننده موج: در این روش ارتفاع موج با کم کردن عمق آب افزایش پیدا کرده و آب تا ارتفاع بیشتری به بالا پمپ می‌شود.

5. دستگاه‌های متمرکزکننده موج: تراز متوسط آب دریا را در نقاط مشخص به روش سازه‌های قیفی شکل و به تله انداختن امواج بلند افزایش می‌دهند.
   

دستگاه‌های مورد استفاده از نظر محل قرارگیری

1. دستگاه‌های ساحلی

2. دستگاه‌های نزدیک ساحل

3. دستگاه‌های دور از ساحل

4. دستگاه‌های استحصال انرژی امواج

این دستگاه‌ها به شرح ذیل می‌باشند:

کانال تجمیع‌کننده

سیستم‌های ضبط موج یا کانال‌های تجمیع‌کننده از ابتدایی‌ترین فناوری انرژی موج است. این طرح از نظر مفهومی، ساده‌ترین نوع ممکن هستند. این ایده‌ها از پدیده‌ای که اغلب در دریاچه‌های طبیعی مشاهده می‌شوند، الهام گرفته‌اند. امواج در یک دیوار دریایی (معادل یک صخره دریایی طبیعی) می‌شکنند (به عبارت دیگر آّبی که ناشی از خیزش موج دریاست بر روی صخره می‌ریزد) و آب در ارتفاعی بیش از متوسط سطح دریا، متوقف می‌شود سپس این آب می‌تواند از طریق یک توربین آبی کم ارتفاع به دریا بازگردانده شود. از این‌رو این سیستم مشابه با سدهای جریان جزر و مدی می‌باشند اما با جریان‌های آب پیوسته‌تر و بی نظم‌تر. در نوع دیگر، کانالی به شکل مخروط ناقص، آب را در مخزنی مرتفع ذخیره کرده و این آب در بازگشت به سطح دریا توربینی را به حرکت درمی‌آورد. این سیستم‌ها به دو صورت قابل اجرا هستند:

1. ساحلی: این نمونه را می‌توان در سایت تاپچان Tapchan با توان ۳۵۰ کیلووات که از سال ۱۹۸۵ تا ۱۹۸۸ در نروژ فعال بوده‌است، مشاهده کرد. در این طراحی ویژه، یک کانال روباز و باریک که دیواره‌های بتنی آن ۲ تا ۳ متر از سطح متوسط دریا بالاتر است، قرار دارد و در انتهای کانال به صورت قیفی درآمده‌اند. انتهای کانال مخزنی وجود دارد که امواج با عبور از کانال، آب مخزن را فراهم می‌کنند. هم‌چنین امواج بزرگتر بدون طی مسیر کانال، مستقیماً وارد مخزن روباز می‌شوند. در نهایت آب مخزن که در ارتفاعی بالاتر از سطح دریاست توسط لوله‌ای به سمت توربین آبی هدایت و به دریا بازگردانده می‌شود و برق تولید می‌کند.

2. دریایی: این نمونه را می‌توان در یک ساحل مصنوعی شناور به نام مری‌مک Merrimack که توسط آمریکایی‌ها ساخته شده‌است، مشاهده کرد.

ستون نوسانگر آب (OWC)

ستونی از آب در یک لوله بدون کف یا جعبه شناور روی سطح دریا بالا و پائین می‌رود و این حرکت تولید جریانی از هوا با سرعت زیاد می‌کند که می‌تواند توربین را به حرکت درآورد. آب بالا رونده در یک استوانه، هوای فشرده را از درون یک توربین عبور می‌دهد. سپس در بازگشت، هوا را در جهت مخالف فشرده و از توربین دیگری عبور می‌دهد.

سیستم پلامیس (Pelamis)

این سیستم به مار دریایی بالا و پائین رونده نیز معروف است. ظرفیت هر واحد شناور ۷۵۰ کیلووات و در اسکاتلند با ظرفیت ۳ مگاوات به صورت تجاری مورد بهره‌برداری قرار گرفته‌است.

فناوری ستو (CETO)

این فناوری یکی از فناوری‌های مورد استفاده برای تبدیل انرژی امواج به الکتریسیته است. در این فناوری دستگاه در زیر آب عمل می‌کند و در کف اقیانوس محکم شده‌است. در این سیستم چندین شناور به واحدهای پمپ مستقر در بستر دریا متصل شده‌اند. این شناورها با حرکت امواج، تکان می‌خورند و پمپ‌ها را به حرکت درمی‌آورند. پمپ‌های مستقر در بستر دریا آب را تحت فشار قرار می‌دهند در نتیجه آب از طریق یک لوله زیر آبی به سمت ساحل برده می‌شود و توربین را به حرکت درمی‌آورد که موجب تولید الکتریسیته می‌شود.

فناوری نقطه جذب

فناوری نقطه جذب (Point absorber) اغلب توسط توسعه‌دهندگان انرژی موج دنبال می‌شود. زمانی که شناور توسط موج‌ها تحریک می‌شود (جذب نقطه)، جریان نسبت به نقطه مرجع ثابتی حرکت دارد. برخی شرکت‌ها از سازه‌های شناور در مرحله مفهومی از سیلندرهای هیدرولیکی استفاده می‌کنند در حالی‌که سایر طراحان از ژنراتورهای خطی استفاده می‌کنند. یک نمونه از چنین نیروگاه نقطه جذب (طراحیِ آلمان) در کرت یونان (اوت ۲۰۱۶) قرار دارد. در این مبدل انرژی موج، با حرکت جسم شناور به یک ساختار ثابت با استفاده از ژنراتورهای خطی، برق تولید می‌کند.

هم‌چنین، شناور قدرت (PowerBuoy) یک شناور نقطه جذب است. این دستگاه مجموعه‌ای از بویه‌های شناور هماهنگ است. بالا و پائین رفتن ساختارهای بویه‌ای شکل، تولید انرژی مکانیکی می‌کند که به انرژی الکتریکی تبدیل می‌شود. این پروژه در شهر ریداسپرت ایالت اورگن نصب شده‌است.

مفهوم ژنراتور خطی

ژنراتور خطی در فناوری نقطه جذب استفاده می‌شود. در این نوع کاربرد، از پنوماتیک بهره می‌گیرد و ژنراتور در زیر سطح دریا قرار دارد. ژنراتور از طریق کابل به شناورِ نقطه جذب در سطح دریا متصل است. سیلندرهای پر از هوا با حرکت امواج، در زیر سطح دریا (بستر دریا) حرکت می‌کنند. سیستم شامل یک سیلندر بیرونی و یک سیلندر درونی است که سیلندر بیرونی در تماس با امواج و سیلندر داخلی ثابت است. تغییر فشار بر روی سیلندر بیرونی بر اثر حرکت امواج به بالا و پایین باعث تغییر فشار هوا در سیلندر داخلی می‌شود. این حرکت نسبی بین سیلندرها، انرژی الکتریکی را برای ژنراتور خطی فراهم می‌کند. در سوئد در پروژه لیسشیل در دانشگاه اوپسالا، یک سیستم مستقیماً انرژی موج را جذب می‌کند. در این پروژه یک شناور و یک ژنراتور خطی دائمی بدون هیچ‌گونه گیربکس یا انتقال مکانیکی یا هیدرولیکی کار می‌کند. این یک سیستم مکانیکی ساده و قوی است اما سیستم الکتریکی تا حدودی پیچیده‌است. تکنولوژی ژنراتور خطی مستقل از عمق است و اندازه هر واحد ۱۰ کیلووات است.

سیستم وال قدرتمند

سیستم وال قدرتمند (Mighty Whale) با توان ۱۲۰ کیلووات که در ژاپن توسعه یافت ولی به تولید صنعتی نرسید. در واقع این سیستم از تعداد زیادی توربین‌های OWC تشکیل شده‌است که به صورت شناور از حرکت نسبی موج برای فشرده‌سازی هوا استفاده می‌کند. طول این دستگاه ۵۰ متر و عرض آن ۳۰ متر، ارتفاع آن ۱۲ متر و ارتفاع زیر آب آن ۸ متر بود و یکی از بزرگترین سیستم‌های استحصال انرژی از امواج است. طراحی، ساخت و آزمایش این سیستم از سال ۱۹۸۹ تا سال ۲۰۰۳ به طول انجامید. این دستگاه در خلیج Gokasho در ژاپن آزمایش شد.

فناوری اژدهای موج (دراگون)

پروژه اژدهای موج (Wave Dragon) نمونه‌ای از طرح مفهومی نیروگاه هیدرولیک سرریز است. در این سیستم امواج با دو مانع شیب‌دار (به‌صورت V شکل) به سمت مرکز متمرکز می‌کند، در نتیجه امواج تقویت می‌شوند. از آنجا آب سرریز شده و توربین (توربین کم‌فشار) را به حرکت درمی‌آورد. پس از آن، آب به‌طور موقت در یک مخزن ذخیره می‌شود و دوباره به دریا بر می‌گردد. کل سیستم به عنوان یک نیروگاه دریایی شناور طراحی شده و به ساحل متصل نیست. نمونه اولیه در سال‌های ۲۰۰۳ تا ۲۰۰۷ در یک آبدره در شمال دانمارک آزمایش شد.

فناوری WaveRoller

بخش بزرگی از انرژی موج توسط حرکات آب زیر سطح آب منتقل می‌شود. فناوری‌های مختلف از این روش استفاده می‌کنند. WaveRoller شرکت فنلاندی AW-Energy از این فناوری برای استفاده از حرکت موج زیر آب در مجاورت ساحل استفاده می‌کند. در اعماق ۸ تا ۲۰ متری، صفحات فلزی عمودی متحرک (مانند مبدل موج‌شکن نوسانگر)، بر روی یک پنل فلزی نصب می‌شوند. جریان آب باعث می‌شود که این صفحات فلزی به عقب و جلو حرکت کنند. یک سیستم هیدرولیکی در یک موتور هیدرولیکی باعث گشتاور و تولید انرژی الکتریکی می‌شود. انرژی برق از طریق کابل ارتباطی زیردریایی به شبکه برق متصل می‌شود. اولین نمونه از این نوع نیروگاه در سال ۲۰۱۲، در شمال بندر پنیچه در پرتغال به بهره‌برداری رسید. این نیروگاه شامل یک پنل (پلت فرم) با سه صفحه متحرک و ظرفیت تولید آن ۳۰۰ کیلووات است. در حال حاضر مجموعه‌ای از آزمایشات مختلف بر روی این فناوری در حال اجراست. تعداد صفحات متحرک می‌تواند از ۱ تا ۳ عدد باشد.