Kako se energija valov uporablja za proizvodnjo električne energije?

Glavnina električne energije, ki poganja industrijski svet, prihaja iz indukcijskih generatorjev. Prva je prišla v internet leta 1896, poganjala pa jo je padajoča slap vode, ki je Niagarski slapovi. Večina sodobnih indukcijskih generatorjev pa poganja paro, goriva za ogrevanje vode pa so že dolgo tuljave, zemeljsko olje in zemeljski plin - tako imenovana fosilna goriva.

Od leta 2011 so fosilna goriva oskrbovala 82 odstotkov svetovne električne energije, vendar se še naprej pojavljajo dokazi o uničujočih učinkih stranskih produktov zgorevanja na okolje. Oktobra 2018 so znanstveniki opozarjali, da se globalno segrevanje, h kateremu največ prispeva zgorevanje fosilnih goriv, ​​hitro približuje nepopravljivi prelomni točki. Rezultat takšnih opozoril je preusmeritev s fosilnih goriv na obnovljive vire energije, kot so fotonapetostni paneli, geotermalna energija in vetrne turbine.

Moč valov je ena od možnosti na mizi. Oceani predstavljajo velik rezervoar neizkoriščene energije. Po podatkih Inštituta za raziskave električne energije je potencialna energija valov okoli obalnih ZDA, vključno z Aljasko, približno 2.640 teravatnih ur na leto. To je dovolj energije, da lahko celo leto napaja 2,5 milijona gospodinjstev. Drug način, kako na to gledati, je, da ima en sam val dovolj energije za pogon električnega avtomobila na stotine kilometrov.

Obstajajo štiri glavne tehnologije za izkoriščanje energije valov. Nekateri delajo v bližini obale, nekateri na morju, nekateri pa v globokem morju. Valovni pretvorniki energije (WEC) so zasnovani tako, da ostanejo na površini vode, vendar se med seboj razlikujejo usmeritve kolektorjev k gibanju valov in v metodah, ki se uporabljajo za ustvarjanje elektrika. Štirje tipi generatorjev električne energije z valovi so točkovni absorberji, zaključevalniki, nadomestne naprave in dušilniki.

Verjeli ali ne, valovna moč je druga oblika sončne energije. Sonce različno segreva različne dele sveta, posledične temperaturne razlike pa ustvarjajo vetrove, ki v interakciji z oceansko vodo ustvarjajo valove. Sončno sevanje ustvarja tudi temperaturne razlike v sami vodi in te poganjajo podvodne tokove. Morda bo v prihodnosti mogoče izkoristiti energijo teh tokov, toda za zdaj je bila večina pozornosti energetske industrije usmerjena na površinske valove.

V hidroelektrarni se energija padajoče vode neposredno vrti v turbinah, ki proizvajajo izmenično električno energijo. To načelo se v nekaterih oblikah generiranja valov uporablja skoraj nespremenjeno, v drugih pa energijo naraščajoča in padajoča voda mora preiti skozi drug medij, preden lahko začne vrteti vodo turbina. Ta medij je pogosto zrak. Zrak je zaprt v komori in gibanje valov ga stisne. Nato stisnjen zrak potisne skozi majhno odprtino in ustvari zračni curek, ki lahko opravi potrebno delo. Pri nekaterih tehnologijah se energija valov s hidravličnimi bati prenaša na mehansko. Bati pa poganjajo turbine, ki proizvajajo elektriko.

Moč valov je še vedno večinoma v eksperimentalni fazi in patentirano je na stotine različnih izvedb, čeprav je bil dejansko razvit le del teh. Tista, ki je oskrbovala s komercialno električno energijo, je v letih 2008 in 2009 delovala ob obali Portugalske, škotska vlada pa spremlja razvoj velikega projekta v gostilni v nemirni vodi Severnega morja. Podoben projekt je predviden ob obali Avstralije. Trenutno obstajajo štiri glavne vrste generatorjev valov:

Točkovni absorber je predvsem globokomorska naprava. Ostaja zasidran na svojem mestu in se na mimoidočih valovih premika navzgor in navzdol. Sestavljen je iz osrednjega valja, ki prosto plava znotraj ohišja, in ko val prehaja, se valj in ohišje premikata drug proti drugemu. Gibanje poganja elektromagnetno indukcijsko napravo ali hidravlični bat, ki ustvarja energijo, potrebno za pogon turbine. Ker te naprave absorbirajo energijo, lahko vplivajo na značilnosti valov, ki segajo do obale. To je eden od razlogov, zakaj se uporabljajo na oddaljenih lokacijah.

Nihajni vodni stolpec (OWC) je posebna vrsta točkovnega absorberja. Videti je tudi kot boja, vendar ima namesto prosto plavajočega notranjega valja vodni stolpec, ki se z valovi dviguje in spušča. Gibanje vode potiska stisnjen zrak skozi odprtino za pogon bata.

Terminatorji se lahko nahajajo na obali ali blizu obale. V bistvu so dolge cevi in ​​ko jih napotijo ​​na morje, zajemajo vodo skozi podpovršinske odprtine vrat. Cevi so zasidrane, da se raztezajo v smeri gibanja valov, naraščanje in spuščanje oceanske površine pa potisne stolpec ujetega zraka skozi majhno odprtino za pogon turbine. Ko se valovi zaletavajo na kopno, poganjajo postopek, zato so odprtine nameščene na koncih cevi. Vsak terminator lahko proizvaja moč v razponu od 500 kilovatov do 2 megavata, odvisno od valovnih razmer. To je dovolj moči za celo sosesko.

Tako kot terminatorji so tudi atenuatorji dolge cevi, ki so nameščene pravokotno na gibanje valov. Na enem koncu so pritrjeni in zgrajeni v odsekih, ki se med prehodom vala premikajo drug proti drugemu. Gibanje poganja hidravlični bat ali katero drugo mehansko napravo, ki se nahaja na vsakem segmentu, energija pa turbino, ki nato proizvaja elektriko.

Naprave za prekrivanje so dolge in segajo pravokotno na smer gibanja valov. Oblikujejo pregrado, podobno kot morski zid ali jez, ki zbira vodo. Vodostaj se z vsakim valom dviguje in ob ponovnem padcu poganja turbine, ki proizvajajo elektriko. Splošno delovanje je približno enako kot pri hidroelektrarnah. Turbine in oprema za prenos so pogosto nameščene na ploščadi na morju. Naprave za nabrekanje je mogoče izdelati tudi na kopnem, da zajamejo energijo valov, ki trčijo na plažo.

Kljub očitnim obljubam o moči valov razvoj močno zaostaja za sončno in vetrno energijo. Obsežne komercialne instalacije so še vedno stvar prihodnosti. Nekateri strokovnjaki za energijo stanje valovne električne energije primerjajo s sončno in vetrno elektriko pred 30 leti. Del tega je del narave oceanskih valov. So neredne in nepredvidljive. Višina valov in njihovo obdobje, to je prostor med njimi, se lahko razlikujeta od dneva do dneva ali celo od ure do ure.

Druga težava je prenos moči. Valovna moč ne more služiti nobenemu namenu, dokler se ne prenese na obalo. Večina WEC vključuje transformatorje za povečanje napetosti za učinkovitejši prenos vzdolž podvodnih daljnovodov. Ti daljnovodi običajno ležijo na morskem dnu, njihova namestitev pa znatno prispeva k stroškom valovne elektrarne, zlasti kadar je postaja oddaljena od obale. Poleg tega je s prenosom električne energije povezana določena količina izgube moči.