Lielāko daļu elektroenerģijas, kas darbina rūpniecības pasauli, ražo indukcijas ģeneratori. Pirmais nonāca tiešsaistē 1896. gadā, un to darbināja krītošā ūdens kaskāde, kas ir Niagāras ūdenskritums. Lielākā daļa mūsdienu indukcijas ģeneratoru tomēr darbojas ar tvaiku, un ūdens sildīšanai izvēlētie kurināmie jau sen ir spirāle, nafta un dabasgāze - tā sauktie fosilie kurināmie.
Kopš 2011. gada fosilā degviela piegādāja 82 procentus no visas pasaules elektroenerģijas, taču joprojām ir pierādījumi par degšanas blakusproduktu postošo ietekmi uz vidi. Sākot ar 2018. gada oktobri, zinātnieki brīdināja, ka globālā sasilšana, kurā fosilā kurināmā sadegšana ir galvenais veicinātājs, ātri tuvojas neatgriezeniskam kritiena punktam. Šādu brīdinājumu rezultāts ir pāreja no fosilā kurināmā uz atjaunojamiem enerģijas avotiem, piemēram, fotoelementu paneļiem, ģeotermālo enerģiju un vēja turbīnām.
Viļņu jauda ir viena no iespējām uz galda. Okeāni ir milzīgs neizmantotas enerģijas rezervuārs. Saskaņā ar Elektroenerģijas pētījumu institūta datiem potenciālā viļņu enerģija ap ASV piekrasti, ieskaitot Aļasku, ir aptuveni 2640 teravatstundas gadā. Tas ir pietiekami daudz enerģijas, lai visu gadu darbinātu 2,5 miljonus mājsaimniecību. Vēl viens veids, kā to apskatīt, ir tas, ka vienam vilnim ir pietiekami daudz enerģijas, lai elektrisko automašīnu darbinātu simtiem jūdžu.
Viļņu enerģijas izmantošanai pastāv četras galvenās tehnoloģijas. Daži strādā krasta tuvumā, citi jūrā un citi dziļjūrā. Viļņu enerģijas pārveidotāji (WEC) ir paredzēti, lai tie paliktu uz ūdens virsmas, taču tie atšķiras pēc kolektoru orientācijas uz viļņu kustību un ģenerēšanai izmantotajās metodēs elektrība. Četri viļņu elektrības ģeneratoru veidi ir punktu absorbētāji, terminatori, virskārtas ierīces un vājinātāji.
No kurienes rodas viļņu enerģija?
Ticiet vai nē, bet viļņu jauda ir vēl viena saules enerģijas forma. Saule dažādās pasaules daļās silda dažādas zemeslodes daļas, un no tā izrietošās temperatūras atšķirības rada vējus, kas mijiedarbojas ar okeāna ūdeni, lai radītu viļņus. Saules starojums rada temperatūras atšķirības arī pašā ūdenī, un tie virza zemūdens straumes. Iespējams, ka nākotnē būs iespējams izmantot šo strāvu enerģiju, taču šobrīd lielākā enerģētikas nozares uzmanība ir vērsta uz virsmas viļņiem.
Viļņu enerģijas pārveidošanas stratēģijas
Hidroelektriskajā aizsprostā krītošā ūdens enerģija tieši pagriež turbīnas, kas rada maiņstrāvas elektrību. Šis princips dažos viļņu veidošanas veidos tiek izmantots gandrīz nemainīts, bet citos - augošajam un krītošajam ūdenim ir jāiziet caur citu barotni, pirms tas var veikt ūdens vērpšanas darbu turbīna. Šis nesējs bieži ir gaiss. Gaiss tiek noslēgts kamerā, un viļņu kustība to saspiež. Pēc tam saspiestu gaisu izspiež caur nelielu atvērumu, izveidojot gaisa strūklu, kas var veikt nepieciešamo darbu. Dažās tehnoloģijās viļņu enerģija tiek pārnesta uz mehānisko enerģiju, izmantojot hidrauliskos virzuļus. Virzuļi savukārt vada turbīnas, kas ražo elektrību.
Viļņu enerģija joprojām lielā mērā atrodas eksperimentālajā fāzē, un ir patentēti simtiem dažādu dizainu, lai gan faktiski ir izstrādāta tikai daļa no tiem. Tas, kas piegādāja komerciālu elektroenerģiju, darbojās Portugāles krastos 2008. un 2009. gadā, un Skotijas valdība vēro liela projekta attīstību Ziemeļjūras nemierīgajā ūdenī. Līdzīgs projekts tiek plānots Austrālijas piekrastē. Pašlaik pastāv četri galvenie viļņu ģeneratoru veidi:
1 - punktu absorbētāji atgādina bojas
Punktu absorbētājs galvenokārt ir dziļūdens ierīce. Tas paliek noenkurots savā vietā un bobs augšup un lejup uz garāmejošajiem viļņiem. Tas sastāv no centrālā cilindra, kas brīvi peld korpusa iekšpusē, un, vilnim ejot, cilindrs un korpuss pārvietojas viens pret otru. Kustība virza elektromagnētisko indukcijas ierīci vai hidraulisko virzuli, kas rada turbīnas darbināšanai nepieciešamo enerģiju. Tā kā šīs ierīces absorbē enerģiju, tās var ietekmēt viļņu īpašības, kas sasniedz krastu. Tas ir viens iemesls, kāpēc tos izmanto vietās tālu no jūras.
Svārstīga ūdens kolonna (OWC) ir īpašs punktu absorbētāju tips. Tas arī izskatās kā boja, bet brīvi peldoša iekšējā cilindra vietā tam ir ūdens kolonna, kas paceļas un krīt kopā ar viļņiem. Ūdens kustība izspiež saspiestu gaisu caur atvērumu virzīt virzuli.
2 - Terminatori rada saspiesta gaisa viļņu elektrību
Terminatori var atrasties krastā vai netālu no krasta līnijas. Tās būtībā ir garas caurules, un, izvietotas atklātā jūrā, tās notver ūdeni caur pazemes ostu atverēm. Caurules ir noenkurotas, lai stieptos viļņu kustības virzienā, un okeāna virsmas pacelšanās un kritums izspiež notvertā gaisa kolonnu caur nelielu atveri, lai darbinātu turbīnu. Atrodoties krastā, viļņi, kas ietriecas pludmalē, virza procesu, tāpēc atveres atrodas cauruļu galos. Katrs terminators var radīt jaudu no 500 kilovatiem līdz 2 megavatiem atkarībā no viļņu apstākļiem. Tas ir pietiekami daudz jaudas visai apkārtnei.
3 - Vājinātāji ir daudz segmentu viļņu enerģijas pārveidotāji
Tāpat kā terminatori, arī vājinātāji ir garas caurules, kas izvietotas perpendikulāri viļņu kustībai. Tie ir noenkuroti vienā galā un konstruēti segmentos, kas, viļņam ejot, pārvietojas viens pret otru. Kustība virza hidraulisko virzuli vai kādu citu mehānisku ierīci, kas atrodas katrā segmentā, un enerģija virza turbīnu, kas savukārt ražo elektrību.
4 - Overtopping ierīces ir kā Mini hidroelektriskie aizsprosti
Virziena ierīces ir garas un stiepjas perpendikulāri viļņu kustības virzienam. Tie veido barjeru, līdzīgi kā jūra vai aizsprosts, kas savāc ūdeni. Ūdens līmenis pieaug ar katru nākamo viļņu, un, atkal krītot, tas virza turbīnas, kas ražo elektrību. Kopējā darbība ir aptuveni tāda pati kā tā, ko izmanto hidroelektrostacijās. Turbīnas un transmisijas aprīkojums bieži tiek izvietots piekrastes platformās. Piekrastes ierīces var konstruēt arī uz sauszemes, lai uztvertu viļņu enerģiju, kas ietriecas pludmalē.
Problēmas ar viļņu enerģijas ražošanu
Neskatoties uz acīmredzamo viļņu enerģijas solījumu, attīstība ievērojami atpaliek no saules un vēja enerģijas attīstības. Liela apjoma komerciālas iekārtas joprojām ir nākotnes lieta. Daži enerģētikas eksperti viļņu elektrības stāvokli salīdzina ar saules un vēja elektrības stāvokli pirms 30 gadiem. Daļa iemesla tam ir raksturīga okeāna viļņu dabai. Tie ir neregulāri un neparedzami. Viļņu augstums un to periods, kas ir atstarpe starp tiem, var atšķirties katru dienu vai pat stundu.
Vēl viena problēma ir enerģijas pārvade. Viļņu spēks nevar kalpot nekādiem mērķiem, kamēr tas netiek pārnests uz krastu. Lielākajā daļā WEC ir iekļauti transformatori, lai palielinātu spriegumu efektīvākai pārraidei pa zemūdens elektrolīnijām. Šīs elektropārvades līnijas parasti balstās uz jūras gultni, un to uzstādīšana ievērojami palielina viļņu elektrostacijas izmaksas, īpaši, ja stacija atrodas tālu no krasta. Turklāt ir zināms enerģijas zudums, kas saistīts ar jebkuru elektroenerģijas nodošanu.