Az ipari világ áramellátásának legnagyobb része az indukciós generátorokból származik. Az első 1896-ban jött létre az interneten, és a zuhanó vízfolyás hajtotta, amely a Niagara-vízesés. A legtöbb modern indukciós generátor azonban gőzhajtású, és a víz melegítésére választott üzemanyagok régóta tekercsek, kőolaj és földgáz - ún. Fosszilis tüzelőanyagok.
2011-től a fosszilis üzemanyagok szolgáltatták a világ villamos energiájának 82 százalékát, de továbbra is bizonyíték van az égés melléktermékeinek a környezetre gyakorolt pusztító hatásairól. 2018 októberétől a tudósok arra figyelmeztettek, hogy a globális felmelegedés, amelyhez a fosszilis tüzelőanyagok égése a fő hozzájáruló, gyorsan visszafordíthatatlan fordulóponthoz közeledett. Az ilyen figyelmeztetések eredménye a fosszilis tüzelőanyagok és a megújuló energiaforrások, például a fotovoltaikus panelek, a geotermikus energia és a szélturbinák irányába történő elmozdulás.
A hullámerő az asztal egyik lehetősége. Az óceánok egy hatalmas kiaknázatlan energiát jelentenek. Az Electric Power Research Institute szerint az Egyesült Államok part menti területein, beleértve Alaszkát is, a potenciális hullámenergia körülbelül 2640 terawattóra / év. Ez elegendő energia 2,5 millió háztartás áramellátására egész évben. A másik megnézési mód az, hogy egyetlen hullámnak elegendő energiája van ahhoz, hogy egy elektromos autót több száz kilométeren keresztül működtessen.
Négy fő technológia létezik a hullámenergia kiaknázására. Egyesek a part közelében, mások a tengeren, mások a mély tengerben dolgoznak. A hullámenergia-átalakítókat (WEC) úgy tervezték, hogy a víz felszínén maradjanak, de különböznek egymástól a kollektorok orientációi a hullámok mozgására és a generáláshoz használt módszerekre elektromosság. A hullám villamosenergia-generátorok négy típusa a pontelnyelők, a terminátorok, a túlfeszítő eszközök és a csillapítók.
Honnan származik a hullámenergia?
Akár hiszi, akár nem, a hullámerő a napenergia másik formája. A nap a földgömb különböző részeit különböző mértékben melegíti fel, és az ebből fakadó hőmérséklet-különbségek létrehozzák azokat a széleket, amelyek kölcsönhatásba lépnek az óceán vizével hullámokat létrehozva. A napsugárzás maga a víz hőmérsékleti különbségeket is okoz, és ezek a víz alatti áramokat hajtják. Lehetséges, hogy a jövőben hasznosítani lehet ezeknek az áramoknak az energiáját, de egyelőre az energiaipar figyelmének legnagyobb része a felszíni hullámokra összpontosult.
Hullámenergia-átalakítási stratégiák
A hidroelektromos gátban a leeső víz energiája közvetlenül megpörgeti a váltakozó áramú áramot előállító turbinákat. Ezt az elvet szinte változatlanul alkalmazzák a hullámgenerálás egyes formáiban, másokban azonban a az emelkedő és zuhanó víznek át kell haladnia egy másik közegen, mielőtt elvégezné a turbina. Ez a közeg gyakran levegő. A levegőt egy kamrában lezárják, és a hullámok mozgása összenyomja. Ezután a sűrített levegőt egy kis nyíláson keresztül kényszerítik, létrehozva egy olyan légsugarat, amely képes elvégezni a szükséges munkát. Bizonyos technológiákban a hullámok energiáját hidraulikus dugattyúk viszik át a mechanikai energiára. A dugattyúk viszont hajtják az áramot termelő turbinákat.
A hullámerő még mindig nagyrészt a kísérleti szakaszban van, és több száz különféle szabadalmat szabadalmaztattak, bár ezeknek csak a töredékét fejlesztették ki. Az egyik, amely kereskedelmi áramot szolgáltatott, Portugália partjainál működött 2008-ban és 2009-ben, és a skót kormány egy nagy projekt fejlesztését szemléli az Északi-tenger hullámzó vízében. Hasonló projektet terveznek Ausztrália partjainál. Jelenleg négy fő hullámgenerátor létezik:
1 - A pontszívók a bójákra emlékeztetnek
A pontelnyelő elsősorban a mélytengeri eszköz. Horgonyozva marad a helyén, és fel-le robog az áthaladó hullámokon. Ez egy központi hengerből áll, amely szabadon lebeg a ház belsejében, és ahogy a hullám elmúlik, a henger és a ház egymáshoz képest elmozdulnak. A mozgás elektromágneses indukciós eszközt vagy hidraulikus dugattyút hajt, amely létrehozza a turbina meghajtásához szükséges energiát. Mivel ezek az eszközök elnyelik az energiát, befolyásolhatják a partot érő hullámok jellemzőit. Ez az egyik oka annak, hogy a tengeren kívüli helyeken használják őket.
Az oszcilláló vízoszlop (OWC) egy bizonyos típusú abszorber. Úgy is néz ki, mint egy bója, de szabadon úszó belső henger helyett egy vízoszlopa van, amely a hullámokkal együtt emelkedik és esik. A víz mozgása a sűrített levegőt egy nyíláson keresztül tolja el a dugattyú meghajtása érdekében.
2 - A terminátorok hullámáramot termelnek sűrített levegőből
A terminátorok elhelyezkedhetnek a parton vagy a part közelében. Alapvetően hosszú csövek, és amikor a tengerbe telepítik őket, a felszín alatti port nyílásain keresztül fogják el a vizet. A csövek lehorgonyzódnak a hullámmozgás irányába, és az óceán felszínének emelkedése és zuhanása a befogott levegő oszlopát egy kis nyíláson át tolja a turbina meghajtására. Ha a parton helyezkednek el, a partra csapódó hullámok hajtják a folyamatot, ezért a nyílások a csövek végén helyezkednek el. Minden terminátor a hullámviszonyoktól függően 500 kilowatt és 2 megawatt közötti tartományban képes energiát előállítani. Ez egy teljes környékhez elegendő erő.
3 - A csillapítók több szegmensű hullámenergia-átalakítók
A terminátorokhoz hasonlóan a csillapítók is hosszú csövek, amelyek merőlegesen helyezkednek el a hullám mozgására. Az egyik végén horgonyoznak, és olyan szegmensekben vannak felépítve, amelyek a hullám áthaladásával egymáshoz képest mozognak. A mozgás hidraulikus dugattyút vagy valamilyen más mechanikus eszközt hajt meg az egyes szegmensekben, az energia pedig turbinát hajt, ami viszont áramot termel.
4 - A felülvezérlő eszközök olyanok, mint a mini hidroelektromos gátak
A felüljáró eszközök hosszúak és merőlegesek a hullámmozgás irányára. Gátat képeznek, hasonlóan a tengerparthoz vagy a gáthoz, amely összegyűjti a vizet. A vízszint minden egyes hullámmal emelkedik, és amikor ismét csökken, villamos energiát termelő turbinákat hajt. A teljes hatás nagyjából megegyezik a hidroelektromos gátaknál alkalmazott hatással. A turbinákat és az erőátviteli berendezéseket gyakran offshore platformokon helyezik el. A parton felnyitható eszközök is építhetők a partra csapódó hullámok energiájának megragadására.
Problémák a hullámenergia-termeléssel
A hullámerő nyilvánvaló ígérete ellenére a fejlődés messze elmarad a nap- és szélenergiától. A nagyméretű kereskedelmi létesítmények még mindig a jövő dolga. Egyes energetikai szakértők a hullám-villamos energia állapotát a 30 évvel ezelőtti nap- és szélenergiához hasonlítják. Ennek oka részben az óceán hullámainak természetében rejlik. Szabálytalanok és kiszámíthatatlanok. A hullámok magassága és periódusa, amely a köztük lévő tér, napról napra, sőt óráról órára változhat.
Egy másik probléma az erőátvitel. A hullámerő semmilyen célt nem szolgálhat, amíg át nem jut a partra. A legtöbb WEC transzformátorral rendelkezik, hogy növelje a feszültséget a hatékonyabb átvitel érdekében a víz alatti vezetékek mentén. Ezek az elektromos vezetékek általában a tengerfenéken nyugszanak, és azok telepítése jelentősen megnöveli a hullámerőművek költségeit, különösen akkor, ha az állomás a parttól távol helyezkedik el. Ezenkívül bizonyos mértékű energiaveszteség jár az elektromos energia bármilyen átadásával.