Převážná část elektřiny, která pohání průmyslový svět, pochází z indukčních generátorů. První přišel online v roce 1896 a byl poháněn padající kaskádou vody, kterou jsou Niagarské vodopády. Většina moderních indukčních generátorů je poháněna parou a palivem, které se rozhodlo pro ohřev vody, byla dlouho spirála, ropa a zemní plyn - tzv. Fosilní paliva.
Od roku 2011 dodávala fosilní paliva 82 procent světové elektřiny, stále se však objevují důkazy o ničivých účincích vedlejších produktů spalování na životní prostředí. V říjnu 2018 vědci varovali, že globální oteplování, ke kterému přispívá především spalování fosilních paliv, se rychle blíží nevratnému bodu zvratu. Výsledkem těchto varování je odklon od fosilních paliv směrem k obnovitelným zdrojům energie, jako jsou fotovoltaické panely, geotermální energie a větrné turbíny.
Vlnová síla je jednou z možností na stole. Oceány představují obrovský rezervoár nevyužité energie. Podle Výzkumného ústavu pro elektrickou energii je potenciální energie vln kolem pobřežních Spojených států, včetně Aljašky, kolem 2640 terawatthodin / rok. To je dost energie na napájení 2,5 milionu domácností po celý rok. Dalším způsobem, jak se na to dívat, je to, že jediná vlna má dostatek energie na pohon elektrického automobilu stovky kilometrů.
K využití energie vln existují čtyři hlavní technologie. Některé pracují poblíž pobřeží, jiné na moři a jiné v hlubokém moři. Převaděče vlnové energie (WEC) jsou navrženy tak, aby zůstaly na povrchu vody, ale liší se v orientace kolektorů na pohyb vln a v metodách použitých ke generování elektřina. Čtyři typy generátorů vlnové elektřiny jsou absorbéry bodů, terminátory, overtopping zařízení a atenuátory.
Odkud pochází vlnová energie?
Věřte tomu nebo ne, vlnová energie je další formou sluneční energie. Slunce ohřívá různé části planety v různém rozsahu a výsledné teplotní rozdíly vytvářejí větry, které interagují s oceánskou vodou a vytvářejí vlny. Sluneční záření také vytváří teplotní rozdíly ve vodě samotné a tyto pohání podvodní proudy. Je možné v budoucnu využít energii těchto proudů, ale prozatím se většina pozornosti energetického průmyslu soustředila na povrchové vlny.
Strategie přeměny energie vln
Ve vodní přehradě energie padající vody točí přímo turbíny, které generují střídavou elektřinu. Tento princip se používá téměř nezměněn v některých formách generování vln, ale v jiných, energie z stoupající a klesající voda musí projít jiným médiem, než bude schopna otáčet turbína. Toto médium je často vzduch. Vzduch je uzavřen v komoře a pohyb vln ho stlačuje. Stlačený vzduch je poté protlačen malým otvorem, čímž se vytvoří proud vzduchu, který dokáže potřebnou práci. V některých technologiích je energie vln přenášena na mechanickou energii hydraulickými písty. Písty zase pohánějí turbíny, které vyrábějí elektřinu.
Vlnová síla je stále z velké části v experimentální fázi a byly patentovány stovky různých návrhů, i když ve skutečnosti byl vyvinut pouze zlomek z nich. Jeden, který dodával komerční energii provozovanou u pobřeží Portugalska v letech 2008 a 2009, a skotská vláda sleduje vývoj velkého projektu v rozbité vodě Severního moře. Podobný projekt je plánován u pobřeží Austrálie. V současné době existují čtyři hlavní typy generátorů vln:
1bodové absorbéry připomínají bóje
Bodový absorbér je primárně hlubinné zařízení. Zůstává ukotven na místě a klouže nahoru a dolů na procházejících vlnách. Skládá se z centrálního válce, který se volně vznáší uvnitř pouzdra, a jak vlna prochází, válec a pouzdro se vzájemně pohybují. Pohyb pohání elektromagnetické indukční zařízení nebo hydraulický píst, který vytváří energii potřebnou k pohonu turbíny. Protože tato zařízení absorbují energii, mohou ovlivnit vlastnosti vln, které se dostávají na břeh. To je jeden z důvodů, proč se používají v lokalitách daleko od pobřeží.
Oscilační vodní sloupec (OWC) je zvláštním typem absorbéru bodů. Vypadá to také jako bóje, ale místo volně plovoucího vnitřního válce má sloupec vody, který stoupá a klesá s vlnami. Pohyb vody tlačí stlačený vzduch otvorem, aby poháněl píst.
2 - Terminátory generují vlnovou elektřinu ze stlačeného vzduchu
Terminátory mohou být umístěny na břehu nebo v blízkosti pobřeží. Jsou to v podstatě dlouhé trubice, a když jsou rozmístěny na moři, zachycují vodu otvory podpovrchových portů. Trubky jsou ukotveny tak, aby se táhly ve směru vlnového pohybu, a vzestup a pád hladiny oceánu tlačí sloupek zachyceného vzduchu malým otvorem pro pohon turbíny. Když jsou umístěny na pevnině, vlny narážející na pláž řídí proces, takže otvory jsou umístěny na koncích trubek. Každý terminátor může v závislosti na vlnových podmínkách generovat energii v rozsahu od 500 kilowattů do 2 megawattů. To je dost síly pro celé sousedství.
3 - Útlumové články jsou vícesegmentové převaděče vlnové energie
Stejně jako terminátory, i atenuátory jsou dlouhé trubice, které jsou rozmístěny kolmo na pohyb vln. Jsou ukotveny na jednom konci a konstruovány v segmentech, které se při průchodu vlny vzájemně pohybují. Pohyb pohání hydraulický píst nebo jiné mechanické zařízení umístěné v každém segmentu a energie pohání turbínu, která zase vyrábí elektřinu.
4 - Zařízení s přetopením jsou jako mini vodní přehrady
Zařízení na překrytí jsou dlouhá a probíhají kolmo ke směru vlnového pohybu. Tvoří bariéru, podobně jako hrázi nebo přehradu, která shromažďuje vodu. Hladina vody stoupá s každou procházející vlnou a při jejím opětovném poklesu pohání turbíny, které vyrábějí elektřinu. Celková akce je zhruba stejná jako u hydroelektrických přehrad. Turbíny a přenosová zařízení jsou často umístěna na pobřežních plošinách. Zařízení na přelití lze také postavit na pevnině, aby zachytila energii vln, které narazí na pláž.
Problémy s generováním vlnové energie
Navzdory zjevnému příslibu vlnové energie zaostává vývoj daleko za vývojem sluneční a větrné energie. Rozsáhlé komerční instalace jsou stále věcí budoucnosti. Někteří odborníci na energii přirovnávají stav vlnové elektřiny ke stavu solární a větrné před 30 lety. Jedním z důvodů je vlastní povaha oceánských vln. Jsou nepravidelné a nepředvídatelné. Výška vln a jejich období, což je prostor mezi nimi, se může měnit ze dne na den nebo dokonce hodinu na hodinu.
Dalším problémem je přenos energie. Vlnová síla nemůže sloužit žádnému účelu, dokud není přenesena na břeh. Většina WEC obsahuje transformátory ke zvýšení napětí pro efektivnější přenos po podvodních elektrických vedeních. Tato elektrická vedení obvykle spočívají na mořském dně a jejich instalace významně zvyšuje náklady na stanici na výrobu energie z vln, zejména když je stanice umístěna daleko od pobřeží. Kromě toho existuje určitá ztráta energie spojená s jakýmkoli přenosem elektrické energie.