Hvordan bruges bølgeenergi til at generere elektricitet?

Hovedparten af ​​elektricitet, der driver industrien, kommer fra induktionsgeneratorer. Den første kom online i 1896 og blev drevet af den faldende kaskade af vand, der er Niagara Falls. De fleste moderne induktionsgeneratorer er dog dampdrevne, og de valgte brændstoffer til opvarmning af vandet har længe været spole, råolie og naturgas - såkaldte fossile brændstoffer.

Fra og med 2011 leverede fossile brændstoffer 82 procent af verdens elektricitet, men der er stadig beviser for de ødelæggende virkninger, som biprodukter fra forbrændingen har på miljøet. Fra oktober 2018 advarede forskere om, at den globale opvarmning, hvor forbrænding af fossile brændstoffer er en vigtig bidragyder, hurtigt nærmer sig et irreversibelt vendepunkt. Resultatet af sådanne advarsler er et skift væk fra fossile brændstoffer og mod vedvarende energikilder, såsom solcelleanlæg, geotermisk energi og vindmøller.

Bølgekraft er en af ​​mulighederne på bordet. Havene repræsenterer et stort reservoir af uudnyttet energi. Ifølge Electric Power Research Institute er den potentielle bølgeenergi omkring de kystnære USA, inklusive Alaska, omkring 2.640 terawatt-timer / år. Det er nok energi til at drive 2,5 millioner husstande i et helt år. En anden måde at se på det er, at en enkelt bølge har nok energi til at drive en elbil i hundreder af miles.

Fire hovedteknologier findes for at udnytte bølgeenergi. Nogle arbejder tæt på kysten, andre offshore og andre i dybhavet. Konvertere til bølgeenergi (WEC'er) er designet til at forblive på vandoverfladen, men de adskiller sig fra hinanden orientering af samlerne til bølgernes bevægelse og i de metoder, der anvendes til at generere elektricitet. De fire typer bølgeneratorer er punktabsorbenter, terminatorer, overkoblingsanordninger og dæmpere.

Tro det eller ej, bølgekraft er en anden form for solenergi. Solen varmer forskellige dele af kloden i forskellig udstrækning, og de resulterende temperaturforskelle skaber de vinde, der interagerer med havvandet for at skabe bølger. Solstråling skaber også temperaturforskelle i selve vandet, og disse driver undervandsstrømme. Det kan være muligt at udnytte energien fra disse strømme i fremtiden, men for nu har det meste af energiindustriens opmærksomhed været fokuseret på overfladebølger.

I en vandkraft dæmmer energien fra faldende vand direkte turbinerne, der genererer vekselstrøm. Dette princip bruges næsten uændret i nogle former for bølgenerering, men i andre er energien i stigende og faldende vand skal passere gennem et andet medium, før det kan udføre arbejdet med at spinde turbine. Dette medium er ofte luft. Luften er forseglet i et kammer, og bølgernes bevægelse komprimerer den. Trykluften tvinges derefter gennem en lille blænde og skaber en luftstråle, der kan udføre det nødvendige arbejde. I nogle teknologier overføres bølgenes energi til mekanisk energi ved hjælp af hydrauliske stempler. Stemplerne driver igen turbinerne, der genererer elektricitet.

Bølgekraft er stadig stort set i den eksperimentelle fase, og hundredvis af forskellige designs er blevet patenteret, selvom kun en brøkdel af disse faktisk er blevet udviklet. En, der leverede kommerciel kraft, der blev drevet ud for Portugals kyst i 2008 og 2009, og den skotske regering holder øje med udviklingen af ​​et stort projekt i Nordsjøens urolige vand. Et lignende projekt er planlagt ud for Australiens kyst. Fire hovedtyper af bølgeneratorer findes i øjeblikket:

En punktabsorber er primært en dybhavsanordning. Det forbliver forankret på plads og bobler op og ned på de passerende bølger. Den består af en central cylinder, der flyder frit inde i et hus, og når bølgen passerer, bevæger cylinderen og huset sig i forhold til hinanden. Bevægelsen driver en elektromagnetisk induktionsanordning eller et hydraulisk stempel, der skaber den nødvendige energi til at drive en turbine. Da disse enheder absorberer energi, kan de påvirke egenskaberne ved de bølger, der når kysten. Dette er en af ​​grundene til, at de bruges steder langt offshore.

En oscillerende vandsøjle (OWC) er en bestemt type punktabsorber. Det ligner også en bøje, men i stedet for en fritflydende intern cylinder har den en søjle med vand, der stiger og falder med bølgerne. Vandets bevægelse skubber trykluft gennem en blænde for at drive et stempel.

Terminatorer kan være placeret på kysten eller nær kysten. De er dybest set lange rør, og når de indsættes offshore, fanger de vand gennem havens åbninger under jorden. Rørene er forankret for at strække sig i retning af bølgebevægelse, og havets overflades stigning og fald skubber en søjle med fanget luft gennem en lille åbning for at drive en turbine. Når de er placeret på land, driver bølgerne, der styrter ned på stranden, processen, så åbningerne er placeret i enderne af rørene. Hver terminator kan generere strøm i området fra 500 kilowatt til 2 megawatt, afhængigt af bølgeforholdene. Det er nok strøm til et helt kvarter.

Ligesom terminatorer er dæmpere lange rør, der er anbragt vinkelret på bølgebevægelsen. De er forankret i den ene ende og konstrueret i segmenter, der bevæger sig i forhold til hinanden, når bølgen passerer. Bevægelsen driver et hydraulisk stempel eller en anden mekanisk enhed placeret ved hvert segment, og energien driver en turbine, som igen producerer elektricitet.

Overtop-enheder er lange og strækker sig vinkelret på retningen af ​​bølgebevægelsen. De danner en barriere, som en havvæg eller dæmning, der opsamler vand. Vandstanden stiger med hver bølge, der går, og når den falder igen, driver den turbiner, der genererer elektricitet. Den samlede handling er omtrent den samme som den, der anvendes i vandkraftværker. Turbinerne og transmissionsudstyret er ofte anbragt i offshore platforme. Overstyringsudstyr kan også konstrueres på land for at fange energien fra bølger, der styrter ned på stranden.

På trods af det åbenlyse løfte om bølgekraft ligger udviklingen langt bagud for sol- og vindkraft. Store kommercielle installationer er stadig en fremtidig ting. Nogle energieksperter sammenligner bølgelandets tilstand med sol- og vindelektricitet for 30 år siden. En del af årsagen til dette er iboende i havbølgernes natur. De er uregelmæssige og uforudsigelige. Højden på bølgerne og deres periode, som er mellemrummet mellem dem, kan variere fra dag til dag eller endda time til time.

Et andet problem er kraftoverførsel. Bølgekraft kan ikke tjene noget formål, før den transmitteres til kysten. De fleste WEC'er indeholder transformere for at øge spændingen for mere effektiv transmission langs undervandskraftledninger. Disse kraftledninger hviler typisk på havbunden, og installation af dem tilføjer betydeligt omkostningerne ved en bølgeenergiproduktionsstation, især når stationen ligger langt fra land. Derudover er der en vis mængde strømtab forbundet med enhver overførsel af elektrisk energi.