Основната част от електроенергията, която захранва индустриалния свят, идва от индукционни генератори. Първият се появи онлайн през 1896 г. и се захранва от падащата каскада от вода, която е Ниагарският водопад. Повечето съвременни индукционни генератори обаче се задвижват с пара и предпочитаните горива за отопление на водата отдавна са намотки, нефт и природен газ - така наречените изкопаеми горива.
Към 2011 г. изкопаемите горива доставят 82 процента от електричеството в света, но продължават да се появяват доказателства за опустошителното въздействие на страничните продукти от изгарянето върху околната среда. Към октомври 2018 г. учените предупреждават, че глобалното затопляне, за което изгарянето на изкопаеми горива допринася основно, бързо се приближава до необратима повратна точка. Резултатът от подобни предупреждения е преминаване от изкопаеми горива към възобновяеми енергийни източници, като фотоволтаични панели, геотермална енергия и вятърни турбини.
Мощността на вълните е една от опциите на масата. Океаните представляват огромен резервоар с неизползвана енергия. Според Института за изследване на електроенергията потенциалната енергия на вълните около крайбрежните Съединени щати, включително Аляска, е около 2640 терават-часа годишно. Това е достатъчно енергия за захранване на 2,5 милиона домакинства за цяла година. Друг начин да го разгледаме е, че една вълна има достатъчно енергия, за да захрани електрическа кола на стотици мили.
Съществуват четири основни технологии за използване на вълновата енергия. Някои работят близо до брега, други в морето, а други в дълбоките морета. Преобразувателите на вълна (WEC) са проектирани да останат на повърхността на водата, но се различават по ориентации на колекторите към движението на вълните и в методите, използвани за генериране електричество. Четирите типа генератори на електричество с вълна са точкови абсорбери, терминатори, устройства за претоварване и атенюатори.
Откъде идва вълновата енергия?
Вярвате или не, мощността на вълните е друга форма на слънчева енергия. Слънцето загрява различни части на земното кълбо в различна степен и произтичащите от това температурни разлики създават ветровете, които взаимодействат с океанската вода, за да създадат вълни. Слънчевата радиация също създава температурни разлики в самата вода и те задвижват подводни течения. Възможно е в бъдеще да се използва енергията на тези течения, но засега по-голямата част от вниманието на енергийната индустрия е насочена към повърхностните вълни.
Стратегии за преобразуване на вълновата енергия
В хидроелектрическия язовир енергията на падащата вода директно върти турбините, които генерират променлив ток. Този принцип се използва почти непроменен в някои форми на генериране на вълни, но в други, енергията на надигащата се и падаща вода трябва да премине през друга среда, преди да може да върши работата по въртенето на турбина. Тази среда често е въздух. Въздухът е запечатан в камера и движението на вълните го компресира. След това сгъстеният въздух се прокарва през малък отвор, създавайки струя въздух, която може да свърши необходимата работа. При някои технологии енергията на вълните се прехвърля към механична енергия чрез хидравлични бутала. На свой ред буталата задвижват турбините, които генерират електричество.
Мощността на вълните все още е в голяма степен в експериментална фаза и са патентовани стотици различни дизайни, въпреки че всъщност са разработени само малка част от тях. Онзи, който доставяше търговска енергия, работеше край бреговете на Португалия през 2008 и 2009 г., а шотландското правителство наблюдава разработването на голям проект за хан в размирната вода на Северно море. Подобен проект се планира край бреговете на Австралия. В момента съществуват четири основни типа генератори на вълни:
1 - Точковите абсорбери сглобяват шамандури
Точковият абсорбатор е предимно дълбоководно устройство. Той остава закотвен на място и се издига нагоре и надолу върху преминаващите вълни. Състои се от централен цилиндър, който свободно плава вътре в корпуса и с преминаването на вълната цилиндърът и корпусът се движат един спрямо друг. Движението задвижва електромагнитно индукционно устройство или хидравлично бутало, което създава енергията, необходима за задвижване на турбина. Тъй като тези устройства абсорбират енергия, те могат да повлияят на характеристиките на вълните, които достигат до брега. Това е една от причините те да се използват на отдалечени офшорни места.
Осцилиращ воден стълб (OWC) е определен тип точков абсорбер. Той също прилича на шамандура, но вместо свободно плаващ вътрешен цилиндър, той има водна колона, която се издига и спада с вълните. Движението на водата изтласква сгъстен въздух през отвор за задвижване на бутало.
2 - Терминаторите генерират вълнова електроенергия от сгъстен въздух
Терминаторите могат да бъдат разположени на брега или близо до бреговата линия. Те са основно дълги тръби и когато са разположени в морето, те улавят вода през подземните отвори на пристанищата. Тръбите са закотвени, за да се удължат по посока на вълновото движение, а издигането и спускането на океанската повърхност изтласква колона от уловения въздух през малък отвор за задвижване на турбина. Когато се намират на сушата, вълните, падащи на плажа, задвижват процеса, така че отворите са разположени в краищата на тръбите. Всеки терминатор може да генерира мощност в диапазон от 500 киловата до 2 мегавата, в зависимост от условията на вълната. Това е достатъчно мощност за цял квартал.
3 - Атенюаторите са многосегментирани вълнови преобразуватели на енергия
Подобно на терминаторите, атенюаторите са дълги тръби, които са разположени перпендикулярно на движението на вълната. Те са закотвени в единия край и са изградени на сегменти, които се движат един спрямо друг, докато вълната преминава. Движението задвижва хидравлично бутало или друго механично устройство, разположено на всеки сегмент, а енергията задвижва турбина, която от своя страна произвежда електричество.
4 - Устройствата за претоварване са като мини водноелектрически язовири
Устройствата за претоварване са дълги и се простират перпендикулярно на посоката на движение на вълната. Те образуват бариера, подобна на морска стена или язовир, която събира вода. Нивото на водата се повишава с всяка изминала вълна и когато пада отново, тя задвижва турбини, които генерират електричество. Цялостното действие е приблизително същото като това, използвано в водноелектрическите язовири. Турбините и трансмисионното оборудване често се намират в офшорни платформи. Устройства за претоварване също могат да бъдат конструирани на сушата, за да улавят енергията на вълните, които се разбиват на плажа.
Проблеми с генерирането на вълна
Въпреки очевидното обещание за мощност на вълните, развитието изостава значително от слънчевата и вятърната енергия. Мащабните търговски инсталации все още са част от бъдещето. Някои енергийни експерти оприличават състоянието на вълновото електричество с това на слънчевото и вятърното електричество преди 30 години. Част от причината за това е присъща на природата на океанските вълни. Те са нередовни и непредсказуеми. Височината на вълните и техният период, което е пространството между тях, може да варира от ден на ден или дори час до час.
Друг проблем е предаването на мощност. Мощността на вълната не може да служи на никаква цел, докато не се предаде на брега. Повечето WEC включват трансформатори за увеличаване на напрежението за по-ефективно предаване по подводни електропроводи. Тези електропроводи обикновено почиват на морското дъно и инсталирането им значително увеличава разходите за станция за генериране на вълна, особено когато станцията се намира далеч от брега. Освен това има известна степен на загуба на мощност, свързана с всеки трансфер на електрическа енергия.
