כיצד משתמשים באנרגיית הגל לייצור חשמל?

עיקר החשמל המניע את העולם התעשייתי מקורו בגנרטורי אינדוקציה. הראשון נכנס לרשת בשנת 1896 והופעל על ידי מפל המים הנופל שהוא מפלי הניאגרה. אולם רוב גנרטורי האינדוקציה המודרניים מונעים בקיטור, והדלקים שנבחרו לחמם את המים הם כבר מזמן סליל, נפט וגז טבעי - מה שמכונה דלקים מאובנים.

נכון לשנת 2011, דלקים מאובנים סיפקו 82 אחוזים מהחשמל בעולם, אך עדויות ממשיכות לעלות על ההשפעות ההרסניות שיש לתוצרי הלוואי של הבעירה על הסביבה. נכון לאוקטובר 2018, הזהירו מדענים כי ההתחממות הגלובלית, אליה תורמת שריפת דלקים מאובנים, מתקרבת במהירות לנקודת מפנה בלתי הפיכה. התוצאה של אזהרות מסוג זה היא מעבר מדלקים מאובנים לעבר מקורות אנרגיה מתחדשים, כמו לוחות פוטו-וולטאיים, אנרגיה גיאותרמית וטורבינות רוח.

כוח הגל הוא אחת האפשרויות שעל השולחן. האוקיאנוסים מייצגים מאגר עצום של אנרגיה לא מנוצלת. על פי מכון המחקר לחשמל, אנרגיית הגל הפוטנציאלית סביב ארצות הברית החופית, כולל אלסקה, היא כ -2,640 טרוואט-שעה בשנה. זה מספיק אנרגיה להפעלת 2.5 מיליון משקי בית למשך שנה שלמה. דרך נוספת להסתכל עליו היא שלגל בודד יש מספיק אנרגיה להפעלת מכונית חשמלית לאורך מאות קילומטרים.

ארבע טכנולוגיות עיקריות קיימות לרתום אנרגיית גל. חלקם עובדים ליד החוף, חלקם בחוף הים וחלקם בים העמוק. ממירי אנרגיית גל (WEC) מתוכננים להישאר על פני המים, אך הם שונים זה מזה כיווני האספנים לתנועת הגלים ולשיטות המשמשות להפקה חַשְׁמַל. ארבעת הסוגים של מחוללי חשמל גלים הם בולמי נקודה, טרמינלים, מכשירים עוקפים ומנחלים.

תאמינו או לא, כוח גל הוא צורה אחרת של אנרגיה סולארית. השמש מחממת חלקים שונים של העולם בהיקפים שונים, והבדלי הטמפרטורה כתוצאה מכך יוצרים את הרוחות המתקשרות עם מי האוקיאנוס ויוצרים גלים. קרינת השמש יוצרת גם הבדלי טמפרטורה במים עצמם, ואלה מפעילים זרמים מתחת למים. יתכן שניתן יהיה לרתום את האנרגיה של זרמים אלה בעתיד, אך לעת עתה, עיקר תשומת הלב של תעשיית האנרגיה התמקדה בגלי שטח.

בסכר הידרואלקטרי, האנרגיה של מים נופלים מסובבת ישירות את הטורבינות המייצרות חשמל AC. עיקרון זה משמש כמעט ללא שינוי בכמה צורות של ייצור גל, אך באחרים, האנרגיה של מים עולים ויורדים צריכים לעבור דרך מדיום אחר לפני שהוא יכול לעשות את העבודה בסיבוב טוּרבִּינָה. מדיום זה הוא לעתים קרובות אוויר. האוויר אטום בחדר, ותנועת הגלים דוחסת אותו. לאחר מכן מכריחים את האוויר הדחוס דרך צמצם קטן ויוצר סילון אוויר שיכול לעשות את העבודה הנדרשת. בטכנולוגיות מסוימות, אנרגיית הגלים מועברת לאנרגיה מכנית על ידי בוכנות הידראוליות. הבוכנות בתורן מניעות את הטורבינות המייצרות חשמל.

כוח הגל עדיין נמצא ברובו בשלב הניסוי, ומאות עיצובים שונים עברו פטנט, אם כי רק חלק קטן מאלו פותחו בפועל. אחד שסיפק כוח מסחרי פעל מול חופי פורטוגל ב -2008 וב -2009, והממשלה הסקוטית מתבוננת בפיתוח של פרויקט גדול הממוקם במים הגועשים של הים הצפוני. פרויקט דומה מתוכנן בחופי אוסטרליה. קיימים כיום ארבעה סוגים עיקריים של מחוללי גלים:

בולם נקודות הוא בעיקר מכשיר בים עמוק. הוא נשאר מעוגן במקום ומתנודד מעלה ומטה על הגלים העוברים. הוא מורכב מגליל מרכזי שצף בחופשיות בתוך בית, וכשהגל חולף, הגליל והבית נעים זה לזה. התנועה מפעילה מכשיר אינדוקציה אלקטרומגנטי או בוכנה הידראולית, היוצרת את האנרגיה הדרושה להנעת טורבינה. מכיוון שהתקנים אלה סופגים אנרגיה, הם עשויים להשפיע על מאפייני הגלים המגיעים לחוף. זו אחת הסיבות לכך שהם משמשים במקומות רחוקים מהחוף.

עמוד מים מתנדנד (OWC) הוא סוג מסוים של בולם נקודות. זה גם נראה כמו מצוף, אבל במקום גליל פנימי צף חופשי, יש בו עמוד מים שעולה ויורד עם הגלים. תנועת המים דוחפת אוויר דחוס דרך צמצם להנעת בוכנה.

מסופים יכולים להיות ממוקמים על החוף או ליד קו החוף. הם בעצם צינורות ארוכים, וכאשר הם נפרסים לחוף הים, הם לוכדים מים דרך פתחי נמל תת קרקעיים. הצינורות מעוגנים כדי להאריך אותם לכיוון תנועת הגלים, ועלייתו ונפילתו של פני האוקיאנוס דוחפים עמוד אוויר שנתפס דרך פתח קטן להנעת טורבינה. כאשר הם נמצאים על היבשה, הגלים המתנפצים על החוף מניעים את התהליך, כך שהפתחים ממוקמים בקצות הצינורות. כל מחסל יכול להפיק חשמל בטווח שבין 500 קילוואט ל -2 מגה וואט, תלוי בתנאי הגל. זה מספיק כוח לשכונה שלמה.

בדומה לטרמינאטורים, גם מחלישים הם צינורות ארוכים שנפרסים בניצב לתנועת הגלים. הם מעוגנים בקצה אחד ובנויים במקטעים הנעים זה לזה עם חלוף הגל. התנועה מניעה בוכנה הידראולית או מכשיר מכני אחר הנמצא בכל קטע, והאנרגיה מניעה טורבינה, שמצידה מייצרת חשמל.

מכשירי הסף הם ארוכים ומשתרעים בניצב לכיוון תנועת הגל. הם יוצרים מחסום, כמו קיר ים או סכר, שאוסף מים. מפלס המים עולה עם כל גל שעובר, וכשהוא נופל שוב, הוא מניע טורבינות המייצרות חשמל. הפעולה הכוללת זהה כמעט לזו המועסקת בסכרים הידרואלקטריים. הטורבינות וציוד ההולכה מאוחסנים לרוב בפלטפורמות ימיות. ניתן לבנות מכשירי ספיגה גם ליבשה כדי לתפוס את האנרגיה של גלים המתנפצים על החוף.

למרות ההבטחה הברורה של כוח גל, הפיתוח נותר הרבה מאחורי כוח השמש והרוח. מתקנים מסחריים בקנה מידה גדול הם עדיין נחלת העתיד. ישנם מומחים לאנרגיה שמשווים את מצב חשמל הגל לזה של חשמל סולארי ורוח לפני 30 שנה. חלק מהסיבות לכך טבועות באופי גלי האוקיאנוס. הם לא סדירים ובלתי צפויים. גובה הגלים והתקופה שלהם, שהיא הרווח ביניהם, יכולים להשתנות מיום ליום ואפילו משעה לשעה.

בעיה נוספת היא העברת כוח. כוח הגל אינו יכול לשרת שום מטרה עד שהוא מועבר לחוף. רוב ה- WEC משלבים שנאים להגברת המתח להעברה יעילה יותר לאורך קווי חשמל תת-ימיים. קווי חשמל אלה מונחים בדרך כלל על קרקעית הים, והתקנתם מוסיפה משמעותית לעלות תחנת ייצור כוח גל, במיוחד כאשר התחנה ממוקמת הרחק מהחוף. יתר על כן, ישנה כמות מסוימת של אובדן כוח הקשורה לכל העברת אנרגיה חשמלית.