من أجل استخلاص أعلى طاقة من الأمواج يجب نصب جهاز يستلم كل أجزاء مدارات
الموجة ؛ ولكن هذا غير عملي وغير اقتصادي ؛ لأن المدارات الواطئة تحتوي على طاقة
قليلة ولمعرفة العمق المناسب لهيكل منظومة استخلاص الطاقة من المفيد معرفة أن 9566
من طاقة الموجة تحويها الطبقة الواقعة بين السطح وعمق 11 المساوي لربع طول الموجة
التوجه نحو المناطق الضحلة
في مناطق عديدة من العالم يكون الخط الساحلي متكوناً من منحدر صخري عميق جداً ؛
وهذه هي المساحات المناسبة لتشييد محطات طاقة الأمواج ؛ وذلك لأن الأمواج التي تحدث
فيها لها محتوى طاقة كبير ؛ علماً بأن معظم سواحل العالم يكون فيها عمق البحر قرب
السواحل ضحلا
وعند اقتراب أمواج المياه العميقة من اليابسة تتحرك في الماء الضحل ومن ثم تصل إلى
الشاطئ وتقوم بفقد طاقتها خلال مسيرها في المياه الضحلة وهذا الفقد ناتج أساساً من
الاحتكاك بين جزيئات الماء العميق وقاع البحر ؛ يكون مؤثراً جداً عندما يكون العمق أقل
من ربع طول الموجة إن الخسارة في القدرة يمكن أن تكون عدة وحدات من الوات لكل
متر من قمة الموجة لكل متر تسير فيه في الشاطئ
أو آقل عندما تقترب من الشاطئ في المياه الضحلة وتعتمد هذه القيمة على طول مسافة
الانتقال في المياه الضحلة وخشونة قاع البحر
وتوجد خسائر أخرى للطاقة عند اقتراب الأمواج من الشاطئ ؛ وهي أن الأمواج تنكسر
وتتحول إلى أمواج مضطربة وتسبب خسائر كبيرة في الطاقة وهذه الأمواج المتكسرة
تكون عادة مدمرة لهيكل منظومات طاقة الأمواج ؛ لهذا يجب الابتعاد عنها قدر المستطاع
عند نصب المنظومات أو تصميم الهياكل بصورة كفأة بحيث يتم استخلاص طاقة الأمواج
بأسعار مناسبة مع مقاومة أسواً الأحوال الجوية
الانكسار

إن أمواج المحيطات تنكسر عندما تنتقل خلال الماء القليل العمق ؛ وذلك لأن سرعة الموجة
في المياه الضحلة ذات العمق 0 تكون أقل من ربع طول الموجة ؛ وهي تحسب من
المعادلة : 7 اطع
بسبب تأثير الانكسار الناتج من تقليل العمق ؛ وكذلك تقليل السرعة ؛ فإن الانكسار يتغير
بالتدريج في اتجاه تقدم الموجة بحيث تصل الموجة إلى الشاطئ بزاوية 900 درجة
(الشكل7-9) فإذا نظرنا إلى الشاطئ المبين في الشكل (8-9) فإنه يمكن أن نلاحظ كيف
يوم تغير العمق (المبين بالخطوط البيضاء) بكسر الأمواج وبهذا تغادر الموجة من
المنطقة إلى الأخرى بأقل كثافة طاقة
شكل (7-9): انكسار الأمواج
شكل (8-9): تركيز تأثيرات الانكسار قرب الساحل

10-9 تقنيات طاقة الأمواج
لأجل الحصول على طاقة من أمواج البحر فإنه من الضروري استقبال الموجة بهيكل
يمكنه مقاومة القوة المسلطة عليه من الأمواج وإذا كان الهيكل مثتاً في قاع البحر أو
في الساحل فإنه من الممكن أن يكون قسم منه متحركاً بالنسبة للهيكل الثابت ‎١‏ وبالتالي
يقوم بتحويل الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية
كما يمكن استخدام الهياكل العائمة شريطة أن يكون هنالك إطار ثابت ليتسّنى للجزء
الفعال من المنظومة الحركة نسبة إلى الهيكل الرئيسي ويمكن الوصول إلى هذا الهدف
بالاستفادة من القصور الذاتي أو بتكبير الهيكل بحيث يستطيع أن يتسع لعدة قمم من
الموجات ويبقى تابتاً بصورة معقولة في كافة حالات البحر
وحجم الهيكل الخاص لمحول طاقة الأمواج هو عامل حرج ؛ ومن السهل تقدير حجمه
المناسب وذلك بالأخذ بنظر الاعتبار حجم الماء الداخل إليه وفي معظم الأحوال يجب
الأمواج وبعض الأفكار والمقترحات الممكن استخدامها في هذا المجال موضحة ومبينة
في الشكل (9-9) إن الحجم الدقيق وشكل كل منظومة محكومان بطريقة التشغيل ؛
ولكن كتقدير أولي فإن الحجم المطلوب يجب أن يكون بمقدار عدة عشرات من الأمتار
المكعبة بالنسبة إلى متر من عرض المنظومة
وهنالك أشكال مختلفة من محولات طاقة الأمواج وعدة طرق لتصنيفها كما في الشكل
(9-9) ؛ إذيمكن تصنيف محولات طاقة الأمواج بالنسبة للشكل ؛ والتوجيه كالمنتهي
إن أجهزة المنتهي تكون محاورها الأساسية موازية للموجات الساقطة على مقدمتها ؛
أما أجهزة المخفف فإن محاورها الأساسية تكون عمودية على مقدمة الموجة وأما
بالنسبة إلى ممتصات النقطة فهي أجهزة لها بعاد صغيرة بالنسبة إلى طول الموجة
الساقطة ؛ وهي مصممة لامتصاص الطاقة من الموجات المحيطة بواسطة استخدام
استراتيجيات سيطرة مثل المزلاج الذي يحمل الجهاز حتى يتفاعل مع الموجة في

11-9 الأجهزة الثابت
شكل (9-9): مخططات لأنواع مختلفة من محولات طاقة الأمواج
إن الأجهزة الثابتة المربوطة في قاع المحيط أو على الشواطئ هي الوحيدة التي تمت
تجربتها من بين أجهزة طاقة الأمواج ومعظم الأجهزة التي فحصت كانت من نوع
عمود الماء المتّردد (000ن010© 1878188 ع00د05011) ففي هذه الأجهزة توجد غرفة
هوائية تخترق سطح الماء ؛ والهواء المحصور يدفع خارج وداخل الغرفة بواسطة قمة
الموجة وقعرها في طريقه من و إلى الغرفة ويسّر الهواء خلال توربين هوائي ومولد
لإنتاج الطاقة الكهربائية يستخدم الآن توربين هوائي محوري جديد اسمه توربين ويلز
(©0اا:ن7 178115) نسبة إلى مخترعه (الشكل 10-9) وهو يستمر بالدوران في اتجاه
واحد في حالة كون الهواء داخلاً أو خارجاً من الغرفة ؛ وله خصائص ديناميكية هوائية
ملائمة لتطبيقات الأمواج في منظومات عديدة من أجهزة عمود الماء المتردد
وتوربين ويلز يستخدم الهواء بكلا الاتجاهين وللوصول إلى هذا ينبغي أن يكون شكل
الصفيحة الهوائية متماتلا حول سطح الدوران وغير مثني ودرجة ميله صذراً أي أن
خط الوتر يجب أن يكون بخط مستقيم مع سطح الدوران وعندما تدور الشفرات إلى
الأمام فستكون زاوية الهجوم ؛ وهي الزاوية المحصورة بين الهواء والماء ؛ وسرعة
الجزء الدوار صغيرة ؛ وهذه تنتج قوة رفع (071 كبيرة والمكونات الأمامية لقوة الرفع
تزود العزم الذي تقوم بتدوير الشفرات باتجاه الأمام

شكل (10-9): توربين ويلز
إن توربين وليز يعمل بنفس الطريقة التي يعمل بها توربين الرياح ذو المحور الأفقي مع
وجود شفرات متمائلة غير ملتوية وزاوية ميل تساوي صفراً وعند النظر إلى الشفرة
الموضحة في الشكل (118-9) ؛ فإذا كانت الشفرة ثابتة بالنسبة إلينا (حتى ولو كانت
متحركة) وذلك باعتبار أن موجة سرعة الشفرة تعكس اتجاه حركة الشفرة ؛ فإننا
نحصل على الشكل (115-9) ونظراً إلى أن وتر الشفرة بنفس خط مستوى الدوران
على الشكل (9-©11) ومن هذا الشكل نصل إلى نتيجة أن هنالك محصلة لقوة أمامية
على الشفرة تعمل في سطح الدوران إذا كانت الكمية ,2050 7150-70 أكبر من صفر
ومكونات التفاعل ذات الكمية قليلة ولكن سطح الارتكاز في الجزء الدوار يجب أن
يتحمل هذه القوى فإذا كان العزم الأمامي أكبر من صفر فإن الشفرات تدور بسرعة
أمامية وتستطيع استخلاص طاقة مفيدة

شكل (11-9): توربين ويلز () جريان الهواء وسرعة الشفرة؛ (() سرعة الهواء النسبية
وقوى الرفع والسحب؛ () القوى في مستوى الدوران
إن شكل الشفرة مهم جداً هنا ؛ لأنه يحدد قم معاملات الرفع والسحب وقيمة العزم
الأمامية وتوجد علاقة مباشرة بين سريان الهواء وهبوط الضغط في عمود دوران
ويلز الذي يدور بسرعة ثابتة ؛ وهذه تجعل توربين ويلز مناسباً تماماً لطاقة الأمواج
دورة في الدقيقة «م) ؛ ويمكن في هذه الحالة ربط المولد مباشرة على عمود التوربين
بدون الحاجة إلى استخدام صندوق تبديل السرعة

الأشكال (9-©12 ,1205 ,128) توضح العمل الأساسي لتوربين ويلز منصوبة قرب
العلوي من العمود والماء في الجزء السفلي متصل مع البحر بواسطة فتحة تقع تحت
معدل مستوى الماء ؛ وعندما تقترب الموجة من الهيكل يرتفع مستوى الماء السفلي
ويدفع الهواء إلى أعلى ليقوم بتدوير التوربين وعندما تصل قاعدة الموجة يقل مستوى
الماء الداخلي ساحباً الهواء مرة أخرى إلى الجزء العلوي ويسّر الهواء في هذه الحالة
من التوربين بعكس الاتجاه وبما أن توربين ويلز يعمل بالاتجاهين فالهواء في هذه
الحالة يقوم بتدوير التوربين بنفس الاتجاه لتدوير المولد وتوليد الطاقة الكهربائية
شكل (9-©12 ,120 ,128): التشغيل الأساسي لقنفة (توربين) وبلز المنصوب على الساحل
للعمل ؛ والشكل (13-9) يوضح بعض الأنواع الأخرى التي تستخدم منظومة ذات
توربين هوائي عادي

لقد نُصبت في منطقة ساكاتا (ه:ه1ه5) الواقعة على الساحل الغربي لليابان عدة
توربينات من نوع عمود الماء المتردد ؛ كما تم نصب نماذج من توربينات من نوع
آخر والتوربينات الأخرى المنصوبة تستخدم موصلا ميكانيكياً بين الأجزاء المتحركة
والأجزاء الثابتة ونموذج من هذه التوربينات يسّمى الرقاص 08000100 وهو مبين
في الشكل (14-9)
شكل (14-9): جهاز الرقاص الياباني

والرقاص هو مَمر معلق في الأعلى ؛ موضوع على ربع طول الموجة من خلف حائط
الصندوق ؛ مَعرض لحركة قوية ناتجة من دفع الموجة وتستخلص الطاقة من حركة
الممر بواسطة دفع وسحب المنظومة الهيدروليكية هناك منظومتان بطاقة توليد
مقدارها 5 كيلووات تعملان في منطقة هوكايديو (00نه:11011) في اليابان منذ عام 1980
كما نصب توربين من نوع عمود الماء المتردد في إحدى جزر النرويج ؛ وربط
التوربين بمولد ذي سعة مقدارها 600 كيلووات ؛ والطاقة المولدة ربطت بالشبكة عبر
محول ذبذبة وقد كان أداء التوربين والمولد أكثر من المتوقع ؛ وتم توليد طاقة
12-9 الأجهزة الطافية
تم تصميم أجهزة تحويل الطاقة الطافية التي تتضمن توربينات في كل من إنكلترا
واليابان وهناك نوعان من هذه التوربينات اليابانية : الأول على شكل حوت ؛ والأخر
وهنالك نشاطات أخرى لتصميم وتجربة منظومات توليد طاقة من هذا المصدر تجري
وايرلندا والولايات المتحدة ويبين الجدول (1-9) أعداداً من الأنظمة التجريبية ذات
سعة تتراوح من 50 واط إلى 600 كيلو واط وقد حقّق قسم من هذه التجارب نجاحاً في