Didžioji dalis pramonės pasaulį valdančios elektros energijos gaunama iš indukcinių generatorių. Pirmasis prisijungė prie interneto 1896 m. Ir buvo varomas krentančios vandens kaskados - Niagaros krioklio. Vis dėlto dauguma šiuolaikinių indukcinių generatorių yra varomi garais, o vandens šildymui pasirinktas kuras jau seniai yra ritė, nafta ir gamtinės dujos - vadinamasis iškastinis kuras.
2011 m. Iškastinis kuras tiekė 82 procentus visos pasaulio elektros energijos, tačiau vis dar įrodoma, kad degimo šalutiniai produktai daro žalingą poveikį aplinkai. Nuo 2018 m. Spalio mėn. Mokslininkai perspėjo, kad visuotinis atšilimas, prie kurio prisideda iškastinio kuro deginimas, greitai artėja prie negrįžtamo lūžio taško. Tokių įspėjimų rezultatas yra perėjimas nuo iškastinio kuro prie atsinaujinančių energijos šaltinių, tokių kaip fotoelektros plokštės, geoterminė energija ir vėjo turbinos.
Bangų galia yra vienas iš variantų ant stalo. Vandenynai yra didžiulis neišnaudotos energijos rezervuaras. Pasak Elektros energijos tyrimų instituto, potenciali bangų energija aplink pajūrio JAV, įskaitant Aliaską, yra apie 2640 teravatvalandžių per metus. Tiek energijos pakanka 2,5 milijonams namų ūkių per metus. Kitas būdas pažvelgti į tai, kad viena banga turi pakankamai energijos elektromobilio varymui šimtus mylių.
Bangos energijai panaudoti yra keturios pagrindinės technologijos. Kai kurie dirba netoli kranto, kiti - atviroje jūroje, o kiti - gilumoje. Bangų energijos keitikliai (WEC) suprojektuoti taip, kad liktų vandens paviršiuje, tačiau jie skiriasi kolektorių orientacijos į bangų judėjimą ir metodus, naudojamus generuoti elektros. Keturi bangų elektros generatorių tipai yra taškiniai sugadintuvai, terminalai, viršutiniai įtaisai ir slopintuvai.
Iš kur kyla bangų energija?
Patikėkite ar ne, bet bangų galia yra dar viena saulės energijos forma. Saulė skirtingai šildo skirtingas žemės rutulio dalis, o dėl to atsirandantys temperatūros skirtumai sukuria vėjus, kurie sąveikauja su vandenyno vandeniu, kad sukurtų bangas. Saulės spinduliuotė taip pat sukuria temperatūrų skirtumus pačiame vandenyje, ir tai lemia povandenines sroves. Ateityje gali būti įmanoma panaudoti šių srovių energiją, tačiau kol kas daugiausia energijos pramonės dėmesio buvo skirta paviršiaus bangoms.
Bangų energijos konversijos strategijos
Hidroelektrinėje užtvankoje krintančio vandens energija tiesiogiai sukasi turbinas, gaminančias kintamosios srovės elektrą. Šis principas kai kuriomis bangų generavimo formomis naudojamas beveik nepakitęs, tačiau kitose - energijos energija kylantis ir krentantis vanduo turi praeiti per kitą terpę, kad galėtų atlikti vandens verpimo darbą turbina. Ši terpė dažnai yra oras. Oras užsandarinamas kameroje, o bangų judėjimas jį suspaudžia. Suspaustas oras išstumiamas per mažą angą, sukuriant oro srovę, galinčią atlikti reikiamą darbą. Kai kuriose technologijose bangų energiją hidrauliniai stūmokliai perduoda mechaninei energijai. Stūmokliai savo ruožtu varo elektrines generuojančias turbinas.
Bangų galia vis dar yra eksperimentinio etapo metu ir buvo užpatentuota šimtai skirtingų konstrukcijų, nors iš tikrųjų buvo sukurta tik dalis jų. Tas, kuris tiekė komercinę energiją, veikė prie Portugalijos krantų 2008 ir 2009 m., O Škotijos vyriausybė siekia plėtoti didelį projektą, kuriame užfiksuotas neramus Šiaurės jūros vanduo. Panašus projektas planuojamas ir prie Australijos krantų. Šiuo metu egzistuoja keturi pagrindiniai bangų generatorių tipai:
1 taško sugėrikliai primena plūdurus
Taškinis absorberis pirmiausia yra giliavandenis įrenginys. Jis lieka įtvirtintas vietoje, o bobs aukštyn ir žemyn ant praeinančių bangų. Jis susideda iš centrinio cilindro, laisvai plūduriuojančio korpuso viduje, o bangai praeinant, cilindras ir korpusas juda vienas kito atžvilgiu. Judesys varo elektromagnetinį indukcijos įtaisą arba hidraulinį stūmoklį, kuris sukuria energiją, reikalingą turbinai valdyti. Kadangi šie prietaisai sugeria energiją, jie gali paveikti bangas, pasiekiančias krantą, charakteristikas. Tai yra viena iš priežasčių, kodėl jie naudojami toli nuo jūros.
Svyruojančio vandens stulpelis (OWC) yra tam tikro tipo taškinis absorberis. Jis taip pat atrodo kaip plūduras, tačiau vietoje laisvai plaukiojančio vidinio cilindro jis turi vandens stulpelį, kuris kyla ir krinta kartu su bangomis. Vandens judėjimas per angą išstumia suspaustą orą, kad būtų galima vairuoti stūmoklį.
2 - terminalai generuoja banginę elektrą iš suslėgto oro
Terminatoriai gali būti krante arba šalia kranto linijos. Iš esmės jie yra ilgi vamzdžiai, ir, dislokuoti jūroje, jie gaudo vandenį per požemines uosto angas. Vamzdžiai pritvirtinti taip, kad galėtų tęstis bangų judėjimo kryptimi, o vandenyno paviršiaus pakilimas ir kritimas per mažą angą išstumia užfiksuoto oro koloną, kad galėtų varyti turbiną. Bangos, patekusios į krantą, skatina procesą, todėl angos yra vamzdžių galuose. Kiekvienas terminalas gali gaminti nuo 500 kilovatų iki 2 megavatų galią, priklausomai nuo bangų sąlygų. Tiek energijos pakanka visai kaimynystei.
3 - slopintuvai yra daugelio segmentų bangos energijos keitikliai
Kaip ir terminatoriai, slopintuvai yra ilgi vamzdžiai, išdėstyti statmenai bangų judėjimui. Jie yra įtvirtinti viename gale ir sukonstruoti segmentuose, kurie juda vienas kito atžvilgiu, kai banga praeina. Judėjimas varo hidraulinį stūmoklį ar kokį kitą mechaninį įtaisą, esantį kiekviename segmente, o energija varo turbiną, kuri savo ruožtu gamina elektrą.
4 - viršijimo įtaisai yra kaip mini hidroelektrinės užtvankos
Apsaugos įtaisai yra ilgi ir tęsiasi statmenai bangų judėjimo krypčiai. Jie sudaro barjerą, panašų į jūros sieną ar užtvanką, kuris renka vandenį. Vandens lygis kyla su kiekviena banga ir vėl krisdamas varo elektrines generuojančias turbinas. Bendras poveikis yra maždaug toks pats, kaip ir hidroelektrinėse. Turbinos ir transmisijos įranga dažnai būna jūroje esančiose platformose. Sausumoje taip pat gali būti pastatyti apvirtimo įtaisai, kad būtų galima užfiksuoti bangų, kurios atsitrenkia į paplūdimį, energiją.
Bangų energijos gamybos problemos
Nepaisant akivaizdaus bangų energijos pažado, plėtra gerokai atsilieka nuo saulės ir vėjo energijos. Didelio masto komerciniai įrenginiai vis dar yra ateities dalykas. Kai kurie energetikos ekspertai bangų elektros būklę lygina su saulės ir vėjo elektros būkle prieš 30 metų. Dalis to priežastis būdinga vandenyno bangų pobūdžiui. Jie yra netaisyklingi ir nenuspėjami. Bangų aukštis ir jų periodas, kuris yra tarpas tarp jų, gali skirtis kiekvieną dieną ar net valandą.
Kita problema yra energijos perdavimas. Bangų jėga negali būti naudojama jokiems tikslams, kol ji neperduodama į krantą. Daugumoje WEC yra transformatorių, kurie padidina įtampą, kad būtų galima efektyviau perduoti povandeninėmis elektros linijomis. Šios elektros linijos paprastai būna ant jūros dugno, o jas sumontavus, gerokai padidėja bangų jėgainės kaina, ypač kai stotis yra toli nuo kranto. Be to, yra tam tikras energijos praradimas, susijęs su bet kokiu elektros energijos perdavimu.
