Kuinka aaltoenergiaa käytetään sähkön tuottamiseen?

Suurin osa teollisuusmaailmaa käyttävästä sähköstä tulee induktiogeneraattoreista. Ensimmäinen tuli verkkoon vuonna 1896, ja sitä sai aikaan putoava vesiputous, joka on Niagaran putoukset. Suurin osa nykyaikaisista induktiogeneraattoreista on kuitenkin höyrykäyttöisiä, ja veden lämmittämiseen valitut polttoaineet ovat jo pitkään olleet keloja, öljyä ja maakaasua - ns. Fossiilisia polttoaineita.

Vuodesta 2011 lähtien fossiiliset polttoaineet toimittivat 82 prosenttia maailman sähköstä, mutta todisteet polttamisen sivutuotteiden tuhoisista ympäristövaikutuksista ovat edelleen vahvistuneet. Lokakuusta 2018 tutkijat varoittivat, että ilmaston lämpeneminen, johon fossiilisten polttoaineiden polttaminen on tärkein tekijä, lähestyy nopeasti peruuttamattomaa käännekohtaa. Tällaisten varoitusten tulos on siirtyminen pois fossiilisista polttoaineista kohti uusiutuvia energialähteitä, kuten aurinkosähköpaneeleja, maalämpöä ja tuulivoimaloita.

Aaltovoima on yksi pöydän vaihtoehdoista. Valtameret edustavat valtavaa käyttämättömän energian säiliötä. Electric Power Research Institutein mukaan potentiaalinen aaltoenergia Yhdysvaltain rannikon, Alaskan mukaan lukien, ympärillä on noin 2640 terawattituntia vuodessa. Se riittää energiaa 2,5 miljoonan kotitalouden käyttämiseen koko vuodeksi. Toinen tapa tarkastella sitä on, että yhdellä aallolla on tarpeeksi energiaa sähköauton käyttämiseen satoja mailia.

Aaltoenergian hyödyntämiseksi on olemassa neljä päätekniikkaa. Jotkut työskentelevät lähellä rantaa, jotkut merellä ja toiset syvällä merellä. Aaltoenergian muuntimet (WEC) on suunniteltu pysymään veden pinnalla, mutta ne eroavat toisistaan kerääjien suuntaukset aaltojen liikkumiseen ja niiden tuottamiseen käytetyissä menetelmissä sähköä. Neljä aaltosähkögeneraattorityyppiä ovat pisteenvaimentimet, terminaattorit, ylikuormituslaitteet ja vaimentimet.

Uskokaa tai älkää, aaltovoima on toinen aurinkoenergian muoto. Aurinko lämmittää maapallon eri osia eri määrin, ja siitä johtuvat lämpötilaerot luovat tuulet, jotka ovat vuorovaikutuksessa meriveden kanssa luomaan aaltoja. Aurinkosäteily aiheuttaa myös lämpötilaeroja itse vedessä, ja nämä ajavat vedenalaisia ​​virtauksia. Näiden virtojen energiaa voi olla mahdollista hyödyntää tulevaisuudessa, mutta toistaiseksi suurin osa energiateollisuudesta on keskittynyt pinta-aaltoihin.

Vesivoiman padossa putoavan veden energia pyörii suoraan turbiinit, jotka tuottavat vaihtovirtaa. Tätä periaatetta käytetään melkein muuttumattomana joissakin aaltojenmuodostuksen muodoissa, mutta toisissa nousevan ja putoavan veden on kuljettava toisen väliaineen läpi, ennen kuin se voi tehdä työtä kehräämällä turbiini. Tämä väliaine on usein ilmaa. Ilma suljetaan kammioon, ja aaltojen liike pakkaa sen. Paineilma pakotetaan sitten pienen aukon läpi, jolloin syntyy ilmavirta, joka pystyy tekemään tarvittavan työn. Joissakin tekniikoissa aaltojen energia siirretään mekaaniseen energiaan hydraulisten mäntien avulla. Männät puolestaan ​​käyttävät sähköä tuottavia turbiineja.

Aaltovoima on edelleen suurelta osin kokeellisessa vaiheessa, ja satoja erilaisia ​​malleja on patentoitu, vaikka vain murto-osa näistä on tosiasiallisesti kehitetty. Se, joka toimitti kaupallista voimaa, toimi Portugalin rannikolla vuosina 2008 ja 2009, ja Skotlannin hallitus seuraa suuren projektin kehittämistä Pohjanmeren epätasaisessa vedessä. Vastaava hanke on suunniteltu Australian rannikolle. Tällä hetkellä aaltogeneraattoreita on neljä päätyyppiä:

Pistevaimennin on ensisijaisesti syvänmeren laite. Se pysyy ankkuroituna paikoillaan ja palaa ylös ja alas ohittavilla aalloilla. Se koostuu keskussylinteristä, joka kelluu vapaasti kotelon sisällä, ja aallon kulkiessa sylinteri ja kotelo liikkuvat toistensa suhteen. Liike käyttää sähkömagneettista induktiolaitetta tai hydraulista mäntää, joka luo turbiinin käyttämiseen tarvittavan energian. Koska nämä laitteet absorboivat energiaa, ne voivat vaikuttaa rantaan tulevien aaltojen ominaisuuksiin. Tämä on yksi syy, miksi niitä käytetään kaukana merellä.

Värähtelevä vesipylväs (OWC) on tietyntyyppinen pisteenvaimennin. Se näyttää myös poijulta, mutta vapaasti kelluvan sisäisen sylinterin sijasta sillä on vesipatsas, joka nousee ja putoaa aaltojen mukana. Veden liike työntää paineilmaa aukon läpi männän ajamiseksi.

Terminaattorit voivat sijaita rannalla tai lähellä rantaviivaa. Ne ovat pohjimmiltaan pitkiä putkia, ja avomerellä käytettynä ne sieppaavat vettä maanalaisten porttien aukkojen kautta. Putket on ankkuroitu jatkamaan aaltoliikkeen suuntaan, ja meren pinnan nousu ja lasku työntää kaapatun ilmapylvään pienen aukon läpi turbiinin ajamiseksi. Maalla ollessaan rannalle törmäävät aallot ajavat prosessia, joten aukot sijaitsevat putkien päissä. Jokainen päätelaite voi tuottaa virtaa alueella 500 - 2 megawattia aalto-olosuhteista riippuen. Se riittää voimaa koko naapurustolle.

Kuten terminaattorit, vaimennimet ovat pitkiä putkia, jotka asetetaan kohtisuoraan aaltoliikkeeseen. Ne on kiinnitetty toiseen päähän ja rakennettu segmentteihin, jotka liikkuvat toistensa suhteen aallon ohi. Liike käyttää hydraulista mäntää tai jotakin muuta mekaanista laitetta, joka sijaitsee kussakin segmentissä, ja energia ajaa turbiinia, joka puolestaan ​​tuottaa sähköä.

Ohituslaitteet ovat pitkiä ja ulottuvat kohtisuoraan aaltoliikkeen suuntaan. Ne muodostavat esteen, aivan kuten meriseinä tai pato, joka kerää vettä. Vedenpinta nousee jokaisen kulkevan aallon mukana, ja samalla kun se putoaa uudelleen, se käyttää sähköä tuottavia turbiineja. Kokonaisvaikutus on suunnilleen sama kuin vesivoimaloissa. Turbiinit ja voimansiirtolaitteet sijaitsevat usein offshore-alustoilla. Maalla voidaan myös rakentaa ohituslaitteita sieppaamaan rannalle törmäävien aaltojen energia.

Aallotehon ilmeisestä lupauksesta huolimatta kehitys on kaukana aurinko- ja tuulivoiman kehityksestä. Suuret kaupalliset asennukset ovat edelleen tulevaisuuden asia. Jotkut energia-asiantuntijat vertaavat aaltosähkön tilaa aurinko- ja tuulensähkön tilaan 30 vuotta sitten. Osa syystä tähän on luontainen meren aaltojen luonteeseen. Ne ovat epäsäännöllisiä ja arvaamattomia. Aaltojen korkeus ja niiden jakso, joka on niiden välinen tila, voivat vaihdella päivästä toiseen tai jopa tunnista tuntiin.

Toinen ongelma on voimansiirto. Aaltovoima ei voi palvella mitään tarkoitusta, ennen kuin se siirtyy rannalle. Useimmissa WEC: issä on muuntajia jännitteen lisäämiseksi tehokkaampaa siirtoa varten vedenalaisilla voimajohdoilla. Nämä voimajohdot lepäävät tyypillisesti merenpohjassa, ja niiden asentaminen lisää merkittävästi aaltovoiman tuotantokeskuksen kustannuksia, varsinkin kun asema sijaitsee kaukana rannasta. Lisäksi sähköenergian siirtoon liittyy tietty määrä tehohäviöitä.