Hoe wordt golfenergie gebruikt om elektriciteit op te wekken?

Het grootste deel van de elektriciteit die de industriële wereld aandrijft, komt van inductiegeneratoren. De eerste kwam online in 1896 en werd aangedreven door de vallende waterval van water die Niagara Falls is. De meeste moderne inductiegeneratoren worden echter door stoom aangedreven, en de voorkeursbrandstoffen om het water te verwarmen zijn lange tijd spoel, aardolie en aardgas geweest - de zogenaamde fossiele brandstoffen.

Vanaf 2011 leverden fossiele brandstoffen 82 procent van de elektriciteit in de wereld, maar het bewijs blijft groeien van de verwoestende effecten die de bijproducten van verbranding hebben op het milieu. Vanaf oktober 2018 waarschuwden wetenschappers dat de opwarming van de aarde, waaraan de verbranding van fossiele brandstoffen een belangrijke bijdrage levert, snel een onomkeerbaar kantelpunt naderde. Het resultaat van dergelijke waarschuwingen is een verschuiving van fossiele brandstoffen naar hernieuwbare energiebronnen, zoals fotovoltaïsche panelen, geothermische energie en windturbines.

Golfkracht is een van de opties die op tafel liggen. De oceanen vertegenwoordigen een enorm reservoir van onaangeboorde energie. Volgens het Electric Power Research Institute bedraagt ​​de potentiële golfenergie rond de kust van de Verenigde Staten, inclusief Alaska, ongeveer 2.640 terawattuur/jaar. Dat is genoeg energie om 2,5 miljoen huishoudens een heel jaar van stroom te voorzien. Een andere manier om ernaar te kijken is dat een enkele golf genoeg energie heeft om een ​​elektrische auto honderden kilometers van stroom te voorzien.

Er zijn vier hoofdtechnologieën om golfenergie te benutten. Sommige werken in de buurt van de kust, sommige offshore en sommige in de diepzee. Golfenergieomzetters (WEC's) zijn ontworpen om op het wateroppervlak te blijven, maar ze verschillen in de oriëntaties van de collectoren op de beweging van de golven en in de methoden die worden gebruikt om te genereren elektriciteit. De vier typen golfgeneratoren zijn puntabsorbers, terminators, overslaginrichtingen en verzwakkers.

Geloof het of niet, golfenergie is een andere vorm van zonne-energie. De zon verwarmt verschillende delen van de wereld in verschillende mate, en de resulterende temperatuurverschillen creëren de winden die in wisselwerking staan ​​met het oceaanwater om golven te creëren. Zonnestraling zorgt ook voor temperatuurverschillen in het water zelf, en deze drijven onderwaterstromingen aan. Het is misschien mogelijk om de energie van deze stromen in de toekomst te benutten, maar voorlopig is de meeste aandacht van de energie-industrie gericht op oppervlaktegolven.

In een hydro-elektrische dam laat de energie van vallend water direct de turbines draaien die AC-elektriciteit opwekken. Dit principe wordt in sommige vormen van golfopwekking vrijwel ongewijzigd gebruikt, maar in andere wordt de energie van de stijgend en dalend water moet door een ander medium gaan voordat het het werk van het draaien van de kan doen turbine. Dit medium is vaak lucht. De lucht is opgesloten in een kamer en de beweging van de golven comprimeert deze. De perslucht wordt vervolgens door een kleine opening geperst, waardoor een luchtstraal ontstaat die het nodige werk kan doen. Bij sommige technologieën wordt de energie van de golven door hydraulische zuigers omgezet in mechanische energie. De zuigers drijven op hun beurt de turbines aan die elektriciteit opwekken.

Het golfvermogen bevindt zich nog grotendeels in de experimentele fase en honderden verschillende ontwerpen zijn gepatenteerd, hoewel slechts een fractie hiervan daadwerkelijk is ontwikkeld. Een bedrijf dat in 2008 en 2009 commerciële stroom leverde voor de kust van Portugal, en de Schotse regering kijkt naar de ontwikkeling van een groot project in het woelige water van de Noordzee. Een soortgelijk project is gepland voor de kust van Australië. Er bestaan ​​momenteel vier hoofdtypen golfgeneratoren:

Een puntabsorbeerder is in de eerste plaats een diepzeeapparaat. Het blijft op zijn plaats verankerd en dobbert op en neer op de passerende golven. Het bestaat uit een centrale cilinder die vrij in een behuizing zweeft, en als de golf passeert, bewegen de cilinder en de behuizing ten opzichte van elkaar. De beweging drijft een elektromagnetisch inductieapparaat of een hydraulische zuiger aan, die de energie creëert die nodig is om een ​​turbine aan te drijven. Omdat deze apparaten energie absorberen, kunnen ze de eigenschappen van de golven die de kust bereiken beïnvloeden. Dit is een van de redenen waarom ze worden gebruikt op locaties ver uit de kust.

Een oscillerende waterkolom (OWC) is een bepaald type puntabsorbeerder. Het ziet er ook uit als een boei, maar in plaats van een vrij zwevende interne cilinder, heeft het een waterkolom die met de golven op en neer gaat. De beweging van het water duwt perslucht door een opening om een ​​zuiger aan te drijven.

Terminators kunnen aan de kust of in de buurt van de kustlijn worden geplaatst. Het zijn in feite lange buizen en wanneer ze offshore worden ingezet, vangen ze water op via ondergrondse havenopeningen. De buizen zijn verankerd om zich uit te strekken in de richting van de golfbeweging, en de opkomst en ondergang van het oceaanoppervlak duwt een kolom gevangen lucht door een kleine opening om een ​​turbine aan te drijven. Wanneer ze zich aan de wal bevinden, drijven de golven die op het strand beuken het proces aan, dus de openingen bevinden zich in de uiteinden van de buizen. Elke terminator kan, afhankelijk van de golfomstandigheden, stroom opwekken in een bereik van 500 kilowatt tot 2 megawatt. Dat is genoeg stroom voor een hele buurt.

Net als terminators zijn verzwakkers lange buizen die loodrecht op de golfbeweging worden ingezet. Ze zijn aan één uiteinde verankerd en geconstrueerd in segmenten die ten opzichte van elkaar bewegen als de golf passeert. De beweging drijft een hydraulische zuiger of een ander mechanisch apparaat aan dat zich in elk segment bevindt, en de energie drijft een turbine aan, die op zijn beurt elektriciteit produceert.

Overslaginrichtingen zijn lang en strekken zich loodrecht op de richting van de golfbeweging uit. Ze vormen een barrière, net als een zeewering of dam, die water verzamelt. Het waterpeil stijgt met elke passerende golf en als het weer daalt, drijft het turbines aan die elektriciteit opwekken. De algemene actie is ongeveer hetzelfde als die welke wordt gebruikt in hydro-elektrische dammen. De turbines en transmissieapparatuur zijn vaak ondergebracht in offshore-platforms. Overslagapparaten kunnen ook aan land worden gebouwd om de energie van golven die op het strand neerslaan op te vangen.

Ondanks de voor de hand liggende belofte van golfenergie, blijft de ontwikkeling ver achter bij die van zonne- en windenergie. Grootschalige commerciële installaties behoren nog tot de toekomst. Sommige energiedeskundigen vergelijken de toestand van golfelektriciteit met die van zonne- en windenergie 30 jaar geleden. Een deel van de reden hiervoor is inherent aan de aard van oceaangolven. Ze zijn onregelmatig en onvoorspelbaar. De hoogte van de golven en hun periode, de ruimte ertussen, kan van dag tot dag of zelfs van uur tot uur variëren.

Een ander probleem is de krachtoverbrenging. Golfkracht kan geen enkel doel dienen totdat het naar de kust wordt overgebracht. De meeste WEC's bevatten transformatoren om de spanning op te voeren voor een efficiëntere transmissie langs onderwaterstroomleidingen. Deze hoogspanningslijnen rusten doorgaans op de zeebodem en de installatie ervan verhoogt de kosten van een station voor het opwekken van golfenergie aanzienlijk, vooral wanneer het station ver van de kust ligt. Bovendien is er een zekere mate van vermogensverlies bij elke overdracht van elektrische energie.