Hovedtyngden av strøm som driver industrien kommer fra induksjonsgeneratorer. Den første kom online i 1896 og ble drevet av den fallende kaskaden av vann som er Niagara Falls. De fleste moderne induksjonsgeneratorer er imidlertid dampdrevne, og drivstoffene du velger å varme vannet har lenge vært spiral, petroleum og naturgass - såkalte fossile brensler.
Fra og med 2011 leverte fossilt brensel 82 prosent av verdens elektrisitet, men bevisene fortsetter å øke for de ødeleggende effektene forbrenningsproduktene har på miljøet. Fra oktober 2018 advarte forskere om at global oppvarming, som forbrenning av fossilt brensel er en viktig bidragsyter til, raskt nærmet seg et irreversibelt vippepunkt. Resultatet av slike advarsler er et skifte bort fra fossile brensler og mot fornybare energikilder, som solcelleanlegg, geotermisk energi og vindturbiner.
Bølgekraft er et av alternativene på bordet. Havene representerer et stort reservoar av uutnyttet energi. Ifølge Electric Power Research Institute er den potensielle bølgeenergien rundt kyststaten i USA, inkludert Alaska, rundt 2640 terawatt-timer / år. Det er nok energi til å drive 2,5 millioner husstander i et helt år. En annen måte å se på det er at en enkelt bølge har nok energi til å drive en elbil i hundrevis av miles.
Fire hovedteknologier finnes for å utnytte bølgeenergi. Noen jobber i nærheten av kysten, andre offshore og noen i dypvannet. Omformere for bølgeenergi (WECs) er designet for å forbli på vannoverflaten, men de er forskjellige i orienteringen til samlerne til bølgenes bevegelse og i metodene som brukes til å generere elektrisitet. De fire typene bølgekraftgeneratorer er punktabsorbenter, terminatorer, overkjøringsanordninger og dempere.
Hvor kommer bølgenergi fra?
Tro det eller ei, bølgekraft er en annen form for solenergi. Solen varmer forskjellige deler av kloden i forskjellige størrelser, og de resulterende temperaturforskjellene skaper vindene som samhandler med havvannet for å skape bølger. Solstråling skaper også temperaturforskjeller i selve vannet, og disse driver undervannsstrømmer. Det kan være mulig å utnytte energien til disse strømningene i fremtiden, men foreløpig har mesteparten av energinæringens oppmerksomhet vært rettet mot overflatebølger.
Konverteringsstrategier for bølgeenergi
I en vannkraftdam spinner energien fra fallende vann turbinene som genererer vekselstrøm. Dette prinsippet brukes nesten uendret i noen former for bølgenerering, men i andre, energien til stigende og fallende vann må passere gjennom et annet medium før det kan gjøre arbeidet med å spinne turbin. Dette mediet er ofte luft. Luften er forseglet i et kammer, og bølgenes bevegelse komprimerer den. Trykkluften blir deretter presset gjennom en liten blenderåpning, og skaper en luftstråle som kan gjøre det nødvendige arbeidet. I noen teknologier overføres bølgenes energi til mekanisk energi av hydrauliske stempler. Stempelene driver i sin tur turbinene som genererer strøm.
Bølgekraft er fremdeles i stor grad i den eksperimentelle fasen, og hundrevis av forskjellige design er patentert, selv om bare en brøkdel av disse faktisk er utviklet. En som leverte kommersiell kraft drevet utenfor Portugals kyst i 2008 og 2009, og den skotske regjeringen ser på utviklingen av et stort prosjekt i det hakkete vannet i Nordsjøen. Et lignende prosjekt er planlagt utenfor kysten av Australia. Fire hovedtyper av bølgeneratorer eksisterer for tiden:
1 - Punktabsorbenter ligner bøyer
En punktabsorber er primært en dyphavsinnretning. Den forblir forankret på plass og bobler opp og ned på de forbipasserende bølgene. Den består av en sentral sylinder som flyter fritt inne i et hus, og når bølgen passerer, beveger sylinderen og huset seg i forhold til hverandre. Bevegelsen driver en elektromagnetisk induksjonsenhet eller et hydraulisk stempel, som skaper energien som er nødvendig for å drive en turbin. Fordi disse enhetene absorberer energi, kan de påvirke egenskapene til bølgene som når kysten. Dette er en av grunnene til at de brukes på steder langt offshore.
En oscillerende vannsøyle (OWC) er en bestemt type punktabsorber. Det ser også ut som en bøye, men i stedet for en flytende indre sylinder har den en søyle med vann som stiger og faller sammen med bølgene. Vannets bevegelse skyver trykkluft gjennom en blenderåpning for å drive et stempel.
2 - Terminatorer genererer bølgestrøm fra trykkluft
Terminatorer kan være plassert på land eller nær strandlinjen. De er i utgangspunktet lange rør, og når de distribueres til havs, fanger de vann gjennom havneåpninger under bakken. Rørene er forankret for å strekke seg i retning av bølgebevegelse, og stigningen og fallet av havoverflaten skyver en søyle med fanget luft gjennom en liten åpning for å drive en turbin. Når det er plassert på land, driver bølgene som krasjer mot stranden prosessen, slik at åpningene ligger i endene av rørene. Hver terminator kan generere kraft i et område fra 500 kilowatt til 2 megawatt, avhengig av bølgeforhold. Det er nok kraft for et helt nabolag.
3 - Dempere er flersegmenterte bølgeenergikonverterere
Som terminatorer er dempere lange rør som er utplassert vinkelrett på bølgebevegelsen. De er forankret i den ene enden og konstruert i segmenter som beveger seg i forhold til hverandre når bølgen passerer. Bevegelsen driver et hydraulisk stempel eller annen mekanisk innretning plassert i hvert segment, og energien driver en turbin, som igjen produserer elektrisitet.
4 - Utkjøringsinnretninger er som mini vannkraftdammer
Overtoppinginnretninger er lange og strekker seg vinkelrett på retningen av bølgebevegelsen. De danner en barriere, omtrent som en sjøvegg eller dam, som samler vann. Vannnivået stiger med hver bølge som går, og når den faller igjen, driver den turbiner som genererer elektrisitet. Den samlede handlingen er omtrent den samme som den som brukes i vannkraftdammer. Turbinene og overføringsutstyret er ofte plassert i offshore-plattformer. Overhoppende enheter kan også konstrueres på land for å fange energien til bølger som krasjer på stranden.
Problemer med Wave Power Generation
Til tross for det åpenbare løftet om bølgekraft, ligger utviklingen langt bak solenergi og vindkraft. Store kommersielle installasjoner er fremdeles en fremtidig ting. Noen energieksperter sammenligner tilstanden til bølgestrøm med solenergi og vindkraft for 30 år siden. En del av årsaken til dette er iboende i havbølgene. De er uregelmessige og uforutsigbare. Høyden på bølgene og perioden, som er mellomrommet mellom dem, kan variere fra dag til dag eller til og med time til time.
Et annet problem er kraftoverføring. Bølgekraft kan ikke tjene noe formål før den overføres til kysten. De fleste WEC-er har transformatorer for å øke spenningen for mer effektiv overføring langs kraftledninger under vann. Disse kraftlinjene hviler vanligvis på havbunnen, og installering av dem legger betydelig til kostnadene for en bølgekraftproduksjon, spesielt når stasjonen ligger langt fra land. Videre er det en viss mengde strømtap forbundet med overføring av elektrisk energi.