Cea mai mare parte a energiei electrice care alimentează lumea industrială provine de la generatoare de inducție. Primul a apărut online în 1896 și a fost alimentat de cascada de apă care cade, care este Cascada Niagara. Majoritatea generatoarelor moderne de inducție sunt acționate de abur, însă combustibilii preferați pentru încălzirea apei au fost mult timp bobina, petrolul și gazele naturale - așa-numiții combustibili fosili.
Începând cu 2011, combustibilii fosili furnizau 82% din electricitatea lumii, dar dovezile continuă să crească despre efectele devastatoare pe care produsele secundare ale combustiei le au asupra mediului. Începând din octombrie 2018, oamenii de știință avertizau că încălzirea globală, la care arderea combustibililor fosili este un factor primordial, se apropia rapid de un punct de bascul ireversibil. Rezultatul unor astfel de avertismente este o trecere de la combustibilii fosili și către surse regenerabile de energie, cum ar fi panourile fotovoltaice, energia geotermală și turbinele eoliene.
Puterea valurilor este una dintre opțiunile de pe masă. Oceanele reprezintă un vast rezervor de energie neexploatată. Potrivit Institutului de Cercetare a Energiei Electrice, energia potențială a valurilor din zona de coastă a Statelor Unite, inclusiv Alaska, este de aproximativ 2.640 terawați-oră / an. Este suficientă energie pentru a alimenta 2,5 milioane de gospodării pentru un an întreg. O altă modalitate de a o privi este că un singur val are suficientă energie pentru a alimenta o mașină electrică pe sute de mile.
Există patru tehnologii principale pentru valorificarea energiei valurilor. Unele lucrează lângă țărm, altele în larg și altele în mare. Convertorii de energie de undă (WEC) sunt proiectați pentru a rămâne la suprafața apei, dar diferă în ceea ce privește orientările colectoarelor către mișcarea undelor și în metodele utilizate pentru a genera electricitate. Cele patru tipuri de generatoare de energie electrică cu unde sunt absorbantele de puncte, terminatoare, dispozitive de depășire și atenuatoare.
De unde provine energia valurilor?
Credeți sau nu, puterea undelor este o altă formă de energie solară. Soarele încălzește diferite părți ale globului în diferite măsuri, iar diferențele de temperatură rezultate creează vânturile care interacționează cu apa oceanului pentru a crea valuri. Radiația solară creează, de asemenea, diferențe de temperatură în apa însăși, iar acestea conduc curenții subacvatici. Poate fi posibilă valorificarea energiei acestor curenți în viitor, dar pentru moment, cea mai mare atenție a industriei energetice s-a concentrat asupra undelor de suprafață.
Strategii de conversie a energiei valurilor
Într-un baraj hidroelectric, energia apei care cade învârte în mod direct turbinele care generează curent alternativ. Acest principiu este folosit aproape nealterat în unele forme de generare a undelor, dar în altele, energia apa care crește și cade trebuie să treacă printr-un alt mediu înainte de a putea face treaba de filare turbină. Acest mediu este adesea aerian. Aerul este etanșat într-o cameră, iar mișcarea undelor îl comprimă. Aerul comprimat este apoi forțat printr-o mică deschidere, creând un jet de aer care poate face lucrările necesare. În unele tehnologii, energia undelor este transferată la energia mecanică prin pistoane hidraulice. Pistoanele la rândul lor acționează turbinele care generează electricitate.
Puterea valurilor este încă în mare parte în faza experimentală și sute de modele diferite au fost brevetate, deși doar o parte din acestea au fost dezvoltate. Unul care a furnizat energie comercială a funcționat în largul coastei Portugaliei în 2008 și 2009, iar guvernul scoțian urmărește dezvoltarea unui proiect de amploare, care să servească apa agitată din Marea Nordului. Un proiect similar este planificat în largul coastei Australiei. Există în prezent patru tipuri principale de generatoare de unde:
1 - Punctele de absorbție seamănă cu geamandurile
Un absorbant punctual este în primul rând un dispozitiv de adâncime. Rămâne ancorat în loc și se mișcă în sus și în jos pe valurile care trec. Se compune dintr-un cilindru central care plutește liber în interiorul unei carcase și, pe măsură ce valul trece, cilindrul și carcasa se mișcă unul față de celălalt. Mișcarea acționează un dispozitiv de inducție electromagnetică sau un piston hidraulic, care creează energia necesară pentru a conduce o turbină. Deoarece aceste dispozitive absorb energie, ele pot afecta caracteristicile valurilor care ajung pe țărm. Acesta este unul dintre motivele pentru care acestea sunt utilizate în locații îndepărtate.
O coloană de apă oscilantă (OWC) este un anumit tip de absorbant punctual. De asemenea, arată ca o geamandură, dar în loc de un cilindru intern plutitor liber, are o coloană de apă care se ridică și cade odată cu valurile. Mișcarea apei împinge aerul comprimat printr-o deschidere pentru a acționa un piston.
2 - Terminatoarele generează energie electrică de undă din aerul comprimat
Terminatorii pot fi localizați pe țărm sau lângă țărm. Acestea sunt practic tuburi lungi și, atunci când sunt desfășurate în larg, captează apa prin deschiderile portului subteran. Tuburile sunt ancorate pentru a se extinde în direcția mișcării undei, iar creșterea și căderea suprafeței oceanului împinge o coloană de aer captat printr-o mică deschidere pentru a conduce o turbină. Când sunt situate pe uscat, valurile care se prăbușesc pe plajă conduc procesul, astfel încât deschiderile sunt situate în capetele tuburilor. Fiecare terminator poate genera energie într-un interval de la 500 kilowați la 2 megawatti, în funcție de condițiile de undă. Este suficientă putere pentru un cartier întreg.
3 - Atenuatoarele sunt convertoare de energie cu valuri multi-segmentate
La fel ca terminatoarele, atenuatoarele sunt tuburi lungi care sunt desfășurate perpendicular pe mișcarea undei. Ele sunt ancorate la un capăt și construite în segmente care se mișcă unul față de altul pe măsură ce valul trece. Mișcarea acționează un piston hidraulic sau un alt dispozitiv mecanic situat la fiecare segment, iar energia acționează o turbină, care la rândul său produce electricitate.
4 - Dispozitivele de depășire sunt ca niște diguri hidroelectrice
Dispozitivele de depășire sunt lungi și se extind perpendicular pe direcția mișcării undei. Ele formează o barieră, la fel ca un dig sau un baraj, care colectează apa. Nivelul apei crește cu fiecare undă care trece și, pe măsură ce cade din nou, conduce turbine care generează electricitate. Acțiunea generală este aproximativ aceeași cu cea utilizată în barajele hidroelectrice. Turbinele și echipamentele de transmisie sunt adesea adăpostite pe platforme offshore. Dispozitivele de depășire pot fi, de asemenea, construite pe uscat pentru a capta energia valurilor care se prăbușesc pe plajă.
Probleme cu generarea de energie a undelor
În ciuda promisiunii evidente a puterii valurilor, dezvoltarea rămâne mult în urmă față de energia solară și eoliană. Instalațiile comerciale la scară largă sunt încă un lucru de viitor. Unii experți în energie compară starea electricității valurilor cu cea a energiei solare și eoliene acum 30 de ani. O parte din motivul acestui fapt este inerentă naturii valurilor oceanice. Sunt neregulate și imprevizibile. Înălțimea valurilor și perioada lor, care este spațiul dintre ele, pot varia de la o zi la alta sau chiar de la o oră la alta.
O altă problemă este transmiterea puterii. Puterea valurilor nu poate servi unui scop până când nu este transmisă la țărm. Majoritatea WEC-urilor încorporează transformatoare pentru a crește tensiunea pentru o transmisie mai eficientă de-a lungul liniilor electrice subacvatice. Aceste linii electrice se sprijină în mod obișnuit pe fundul mării, iar instalarea lor se adaugă semnificativ la costul unei stații de generare a energiei cu unde, mai ales atunci când stația este situată departe de țărm. Mai mult, există o anumită cantitate de pierdere de energie asociată cu orice transfer de energie electrică.
