Ako sa vlnová energia používa na výrobu elektriny?

Väčšina elektrickej energie, ktorá poháňa priemyselný svet, pochádza z indukčných generátorov. Prvý z nich bol online v roku 1896 a poháňala ho padajúca kaskáda vody, ktorou sú Niagarské vodopády. Väčšina moderných indukčných generátorov je poháňaná parou a palivom, ktoré sa používa na ohrev vody, už dávno boli špirála, ropa a zemný plyn - takzvané fosílne palivá.

Od roku 2011 dodávali fosílne palivá 82 percent svetovej elektriny, stále sa však objavujú dôkazy o ničivých účinkoch vedľajších produktov spaľovania na životné prostredie. Od októbra 2018 vedci varovali, že globálne otepľovanie, ktorého hlavným prispievateľom je spaľovanie fosílnych palív, sa rýchlo blíži k nezvratnému bodu zlomu. Výsledkom takýchto varovaní je odklon od fosílnych palív k obnoviteľným zdrojom energie, ako sú fotovoltaické panely, geotermálna energia a veterné turbíny.

Vlnová sila je jednou z možností na stole. Oceány predstavujú obrovský rezervoár nevyužitej energie. Podľa Výskumného ústavu pre elektrickú energiu je potenciálna energia vĺn okolo pobrežných Spojených štátov, vrátane Aljašky, okolo 2 640 terawatthodín / rok. To je dostatok energie na napájanie 2,5 milióna domácností na celý rok. Ďalším spôsobom, ako sa na to dá pozerať, je, že jedna vlna má dostatok energie na pohon elektromobilu stovky kilometrov.

Na využitie energie vĺn existujú štyri hlavné technológie. Niektoré pracujú pri pobreží, iné na pobreží a iné v hlbokom mori. Prevodníky vlnovej energie (WEC) sú navrhnuté tak, aby zostali na povrchu vody, ale líšia sa v orientácie kolektorov na pohyb vĺn a v metódach použitých na generovanie elektrina. Štyri typy generátorov vlnovej elektriny sú absorbéry bodov, terminátory, overtopové zariadenia a útlmové články.

Verte tomu alebo nie, vlnová energia je ďalšou formou slnečnej energie. Slnko ohrieva rôzne časti zemegule v rôznom rozsahu a výsledné teplotné rozdiely vytvárajú vetry, ktoré interagujú s oceánskou vodou a vytvárajú vlny. Slnečné žiarenie tiež vytvára teplotné rozdiely vo vode samotnej a tieto poháňajú podvodné prúdy. Možno bude možné v budúcnosti využiť energiu týchto prúdov, ale zatiaľ sa väčšina pozornosti energetického priemyslu sústreďuje na povrchové vlny.

Vo vodnej priehrade energia padajúcej vody priamo roztáča turbíny, ktoré generujú striedavý prúd. Tento princíp sa používa takmer nezmenený v niektorých formách generovania vĺn, ale v iných prípadoch je energia stúpajúca a klesajúca voda musí prechádzať cez iné médium, kým bude môcť pracovať na roztáčaní turbína. Týmto médiom je často vzduch. Vzduch je uzavretý v komore a pohyb vĺn ho stláča. Stlačený vzduch je potom pretláčaný cez malý otvor, čím vytvára prúd vzduchu, ktorý dokáže potrebnú prácu. V niektorých technológiách sa energia vĺn prenáša na mechanickú energiu hydraulickými piestami. Piesty zase poháňajú turbíny, ktoré vyrábajú elektrinu.

Vlnová sila je stále z veľkej časti v experimentálnej fáze a boli patentované stovky rôznych dizajnov, aj keď v skutočnosti bol vyvinutý iba zlomok z nich. Jeden, ktorý dodával komerčnú energiu prevádzkovanú pri pobreží Portugalska v rokoch 2008 a 2009, a škótska vláda sleduje vývoj veľkého projektu v oblasti roztrieštenej vody Severného mora. Podobný projekt sa plánuje aj pri pobreží Austrálie. V súčasnosti existujú štyri hlavné typy generátorov vĺn:

Bodový absorbér je predovšetkým hlbokomorské zariadenie. Zostáva ukotvené na svojom mieste a na prechádzajúcich vlnách bobí hore a dole. Skladá sa z centrálneho valca, ktorý voľne pláva vo vnútri krytu, a keď vlna prechádza, valec a kryt sa pohybujú navzájom. Pohyb poháňa elektromagnetické indukčné zariadenie alebo hydraulický piest, ktorý vytvára energiu potrebnú na pohon turbíny. Pretože tieto zariadenia absorbujú energiu, môžu ovplyvňovať vlastnosti vĺn, ktoré zasahujú pobrežie. To je jeden z dôvodov, prečo sa používajú v lokalitách ďaleko od pobrežia.

Oscilačný vodný stĺpec (OWC) je zvláštnym typom absorbéra bodov. Vyzerá tiež ako bója, ale namiesto voľne plávajúceho vnútorného valca má stĺpec vody, ktorý stúpa a klesá spolu s vlnami. Pohyb vody tlačí stlačený vzduch cez otvor na pohon piestu.

Terminátory môžu byť umiestnené na brehu alebo v blízkosti pobrežia. Sú to v zásade dlhé trubice a pri nasadení na mori zachytávajú vodu cez otvory podpovrchového portu. Rúry sú ukotvené tak, aby sa rozširovali v smere vlnového pohybu a vzostup a pokles hladiny oceánu tlačí stĺpec zachyteného vzduchu cez malý otvor na pohon turbíny. Ak sa nachádzajú na pobreží, vlny narážajúce na pláž riadia proces, takže otvory sú umiestnené na koncoch rúrok. Každý terminátor môže generovať energiu v rozmedzí od 500 kilowattov do 2 megawattov v závislosti od vlnových podmienok. To je dosť sily na celé susedstvo.

Rovnako ako terminátory, aj útlmové články sú dlhé trubice, ktoré sú rozmiestnené kolmo na pohyb vĺn. Sú ukotvené na jednom konci a sú konštruované v segmentoch, ktoré sa pri prechode vlny vzájomne pohybujú. Pohyb poháňa hydraulický piest alebo nejaké iné mechanické zariadenie umiestnené v každom segmente a energia poháňa turbínu, ktorá zase vyrába elektrinu.

Zariadenia na overtopovanie sú dlhé a tiahnu sa kolmo na smer vlnového pohybu. Tvoria bariéru, podobne ako hrádza alebo priehrada, ktorá zhromažďuje vodu. Hladina vody stúpa s každou prechádzajúcou vlnou a pri ďalšom poklese poháňa turbíny, ktoré vyrábajú elektrinu. Celková činnosť je zhruba rovnaká ako pri vodných priehradách. Turbíny a prenosové zariadenia sú často umiestnené na pobrežných plošinách. Na pevnine môžu byť tiež skonštruované zariadenia na overtop, ktoré zachytávajú energiu vĺn, ktoré narážajú na pláž.

Napriek zjavnému prísľubu vlnovej energie vývoj zaostáva výrazne za vývojom slnečnej a veternej energie. Veľké komerčné inštalácie sú stále vecou budúcnosti. Niektorí energetickí odborníci prirovnávajú stav vlnovej elektriny k solárnej a veternej pred 30 rokmi. Čiastočný dôvod je obsiahnutý v povahe oceánskych vĺn. Sú nepravidelné a nepredvídateľné. Výška vĺn a ich perióda, ktorá predstavuje priestor medzi nimi, sa môže líšiť zo dňa na deň alebo dokonca hodinu na hodinu.

Ďalším problémom je prenos sily. Vlnová sila nemôže slúžiť žiadnemu účelu, kým sa neprenesie na breh. Väčšina WEC obsahuje transformátory na zvýšenie napätia pre efektívnejší prenos pozdĺž podvodných elektrických vedení. Tieto elektrické vedenia obvykle spočívajú na morskom dne a ich inštalácia výrazne zvyšuje náklady na stanicu na výrobu vlnovej energie, najmä ak je stanica umiestnená ďaleko od brehu. S akýmkoľvek prenosom elektrickej energie navyše súvisí určitá strata energie.