Suurem osa tööstuslikku energiat kasutavast elektrist tuleb induktsioonigeneraatoritest. Esimene tuli võrgusse 1896. aastal ja seda sai kasutada langev kaskaad, mis on Niagara juga. Enamik moodsatest induktsioonigeneraatoritest on siiski aurujõul töötavad ning vee soojendamiseks valitud kütused on pikka aega olnud mähised, nafta ja maagaas - nn fossiilkütused.
Alates 2011. aastast tarnivad fossiilkütused 82 protsenti kogu maailma elektrist, kuid jätkuvalt on tõendeid põlemisproduktide keskkonnale avaldatava laastava mõju kohta. Alates 2018. aasta oktoobrist hoiatasid teadlased, et globaalne soojenemine, mille peamine tegur on fossiilkütuste põletamine, läheneb kiiresti pöördumatule pöördepunktile. Selliste hoiatuste tulemus on nihkumine fossiilkütustest eemale taastuvate energiaallikate, näiteks fotogalvaaniliste paneelide, geotermilise energia ja tuuleturbiinide suunas.
Lainevõimsus on üks laua võimalustest. Ookeanid kujutavad endast suurt kasutamata energia reservuaari. Elektrienergia uurimisinstituudi andmetel on Ameerika Ühendriikide ranniku, sealhulgas Alaska ümbruses potentsiaalne laineenergia umbes 2640 teravatt-tundi aastas. See on piisav energia, et toita 2,5 miljonit majapidamist terve aasta vältel. Teine võimalus seda vaadata on see, et ühel lainel on piisavalt energiat elektriauto töötamiseks sadade miilide ulatuses.
Laineenergia kasutamiseks on neli peamist tehnoloogiat. Mõni töötab kalda lähedal, mõni avamerel ja osa sügavas meres. Laineenergia muundurid (WEC) on kavandatud jääma veepinnale, kuid need erinevad kollektorite suunad lainete liikumisele ja genereerimiseks kasutatud meetodites elekter. Neli laineelektrigeneraatori tüüpi on punkt-neeldurid, terminaatorid, ülakukkumisseadmed ja summutid.
Kust tuleb laineenergia?
Uskuge või mitte, aga lainejõud on veel üks päikeseenergia vorm. Päike soojendab maakera eri osi erineval määral ja sellest tulenevad temperatuuri erinevused tekitavad tuuli, mis interakteerub ookeani veega, et tekitada laineid. Päikesekiirgus tekitab temperatuuri erinevusi ka vees endas ning need juhivad veealuseid hoovusi. Nende hoovuste energiat võib tulevikus olla võimalik rakendada, kuid praeguseks on enamik energiatööstuse tähelepanu olnud suunatud pinnalainetele.
Laineenergia muundamise strateegiad
Hüdroelektrijaamas pöörleb langeva vee energia vahetult vahelduvvoolu tekitavaid turbiine. Seda põhimõtet kasutatakse lainete genereerimise mõnes vormis peaaegu muutumatuna, kuid teistes energiaallikate energiat tõusev ja langev vesi peab läbima teise keskkonna, enne kui see saab tööd teha turbiin. See meedium on sageli õhk. Õhk suletakse kambris ja lainete liikumine surub selle kokku. Seejärel surutakse suruõhk läbi väikese ava, luues õhuvoolu, mis suudab teha vajalikku tööd. Mõnes tehnoloogias kantakse lainete energia mehaanilisse energiasse hüdrauliliste kolvide abil. Kolvid juhivad omakorda elektrit tootvaid turbiine.
Lainevõimsus on endiselt suures osas eksperimentaalses faasis ja patenteeritud on sadu erinevaid disainilahendusi, kuigi tegelikult on neist välja töötatud vaid murdosa. Kommertsvoolu tarniv ettevõte töötas Portugali rannikul 2008. ja 2009. aastal ning Šoti valitsus jälgib suure projekti arendamist Põhjamere koheva veega. Sarnane projekt on kavandatud Austraalia ranniku lähedal. Praegu eksisteerib neli peamist tüüpi lainegeneraatoreid:
1-punktsed neelajad meenutavad poisid
Punkti neelaja on peamiselt süvamereseade. See jääb ankrusse oma kohale ja kerib mööda mööduvaid laineid üles-alla. See koosneb kesksilindrist, mis hõljub vabalt korpuse sees ja laine möödudes liiguvad silinder ja korpus üksteise suhtes. Liikumine ajab elektromagnetilise induktsiooni seadme või hüdraulilise kolvi, mis loob turbiini käitamiseks vajaliku energia. Kuna need seadmed neelavad energiat, võivad need mõjutada kaldale jõudvate lainete omadusi. See on üks põhjus, miks neid kasutatakse kaugel avamerel.
Võnkuv veesammas (OWC) on teatud tüüpi punktabsorber. See näeb välja ka poina, kuid vabalt ujuva sisemise silindri asemel on sellel veesammas, mis tõuseb ja langeb koos lainetega. Vee liikumine surub suruõhu läbi ava kolvi ajamiseks.
2 - Terminaatorid toodavad suruõhust lainelektrit
Terminaatorid võivad paikneda kaldal või rannajoone lähedal. Need on põhimõtteliselt pikad torud ja avamerele paigutatuna haaravad nad vett maapinna sadamaavade kaudu. Torud on ankurdatud laine liikumise suunas laienemiseks ning ookeani pinna tõus ja langus surub õhusamba läbi väikese ava turbiini juhtimiseks. Maal asudes juhivad rannale põrkuvad lained seda protsessi, nii et avad asuvad torude otstes. Iga terminal võib sõltuvalt laineolukordadest toota võimsust vahemikus 500 kilovatti kuni 2 megavatti. See on kogu naabruskonna jaoks piisav võimsus.
3 - summutid on mitme segmendiga laineenergia muundurid
Nagu terminaatorid, on ka summutid pikad torud, mis paiknevad laine liikumisega risti. Need on ankurdatud ühte otsa ja ehitatud segmentidesse, mis laine möödudes üksteise suhtes liiguvad. Liikumine ajab igas segmendis asuvat hüdraulilist kolvi või mõnda muud mehaanilist seadet ja energia ajab turbiini, mis omakorda toodab elektrit.
4 - avamisseadmed on nagu mini hüdroelektrilised tammid
Ümberseadised on pikad ja ulatuvad laine liikumissuunaga risti. Need moodustavad tõkke, umbes nagu meresein või tamm, mis kogub vett. Veetase tõuseb iga mööduva lainega ja uuesti langedes juhib see elektrit tootvaid turbiine. Üldine toime on ligikaudu sama, mida kasutatakse hüdroelektrijaamades. Turbiinid ja ülekandeseadmed asuvad sageli avamereplatvormidel. Rannale põrkuvate lainete energia püüdmiseks saab kaldal ehitada ka väljalülitusseadmeid.
Laineenergia tootmisega seotud probleemid
Vaatamata ilmsele lainevõimsuse lubadusele jääb areng päikese- ja tuuleenergia omast kaugele maha. Suuremahulised kommertsrajatised on endiselt tuleviku asi. Mõni energeetika ekspert võrdleb laineelektri seisundit päikese- ja tuuleenergiaga 30 aastat tagasi. Osa selle põhjusest on omane ookeanilainete olemusele. Need on ebaregulaarsed ja ettearvamatud. Lainete kõrgus ja nende periood, mis on nende vaheline ruum, võivad päeviti või isegi tundides erineda.
Teine probleem on jõuülekanne. Lainejõud ei saa ühtegi eesmärki täita enne, kui see kandub üle kaldale. Enamik WEC-i sisaldab trafosid pinge suurendamiseks veealuste elektriliinide tõhusamaks edastamiseks. Need elektriliinid toetuvad tavaliselt merepõhjale ja nende paigaldamine suurendab märkimisväärselt laineelektrijaama kulusid, eriti kui jaam asub kaldast kaugel. Pealegi on elektrienergia mis tahes ülekandmisega seotud teatav võimsuskadu.