Основна частина електроенергії, яка живить промисловий світ, надходить від індукційних генераторів. Перший з них з’явився в Інтернеті в 1896 році, і він працював від падаючого каскаду води - Ніагарського водоспаду. Більшість сучасних індукційних генераторів працюють на парі, і паливом, яке вибирають для нагрівання води, вже давно є котушка, нафта та природний газ - так зване викопне паливо.
Станом на 2011 рік, викопне паливо постачало 82 відсотки світової електроенергії, але продовжують з’являтися докази руйнівного впливу побічних продуктів згоряння на навколишнє середовище. Станом на жовтень 2018 року вчені попереджали, що глобальне потепління, якому найбільше сприяє спалювання викопного палива, швидко наближається до незворотного критичного моменту. Результатом таких попереджень є перехід від викопного палива до поновлюваних джерел енергії, таких як фотоелектричні панелі, геотермальна енергія та вітрові турбіни.
Потужність хвилі - один із варіантів на таблиці. Світовий океан являє собою величезний резервуар невикористаної енергії. За даними Інституту досліджень електроенергетики, потенційна енергія хвиль навколо прибережних Сполучених Штатів, включаючи Аляску, становить близько 2640 терават-годин на рік. Цього вистачить енергії для живлення 2,5 мільйонів домогосподарств на цілий рік. Інший спосіб поглянути на це - одна хвиля має достатньо енергії, щоб живити електричний автомобіль на сотні миль.
Для використання енергії хвиль існують чотири основні технології. Хтось працює біля берега, хтось в офшорах, а хтось у глибокому морі. Хвильові перетворювачі енергії (WEC) призначені залишатися на поверхні води, але вони відрізняються орієнтації колекторів на рух хвиль та на методи, що використовуються для генерації електрика. Чотири типи генераторів хвильової електроенергії - це точкові поглиначі, термінатори, пристрої для запобігання та аттенюатори.
Звідки береться хвильова енергія?
Вірте чи ні, потужність хвилі - це ще одна форма сонячної енергії. Сонце нагріває різні частини земної кулі по-різному, і в результаті різниці температур створюються вітри, які взаємодіють з океанською водою, створюючи хвилі. Сонячне випромінювання також створює різницю температур у самій воді, і вони рухають підводні течії. Можливо, можливо використати енергію цих течій у майбутньому, але наразі більша частина уваги енергетичної галузі була зосереджена на поверхневих хвилях.
Стратегії перетворення хвильової енергії
У гідроелектричній дамбі енергія падаючої води безпосередньо обертає турбіни, що виробляють електрику змінного струму. Цей принцип використовується майже незмінний в одних формах генерації хвиль, а в інших - енергії вода, що піднімається і падає, повинна пройти через інше середовище, перш ніж вона зможе виконати роботу обертання турбіни. Це середовище - часто повітря. Повітря запечатано в камері, і рух хвиль стискає його. Потім стиснене повітря пропускається через невеликий отвір, створюючи струмінь повітря, який може виконати необхідну роботу. У деяких технологіях енергія хвиль передається механічній енергії за допомогою гідравлічних поршнів. Поршні, у свою чергу, ведуть турбіни, що виробляють електроенергію.
Потужність хвилі все ще значною мірою знаходиться в експериментальній фазі, і запатентовано сотні різних конструкцій, хоча насправді розроблена лише частина з них. Той, котрий постачав комерційну електроенергію, працював біля узбережжя Португалії в 2008 і 2009 роках, і уряд Шотландії спостерігає за розробкою великого проекту, що займається розмитою водою Північного моря. Подібний проект планується біля узбережжя Австралії. В даний час існують чотири основні типи генераторів хвиль:
1 - Точкові амортизатори з’єднують буї
Точковий поглинач - це насамперед глибоководний пристрій. Він залишається закріпленим на своєму місці і піднімається вгору-вниз на хвилях, що минають. Він складається з центрального циліндра, який вільно плаває всередині корпусу, і коли хвиля проходить, циліндр і корпус рухаються відносно один одного. Рух приводить в дію електромагнітний індукційний пристрій або гідравлічний поршень, який створює енергію, необхідну для приводу турбіни. Оскільки ці пристрої поглинають енергію, вони можуть впливати на характеристики хвиль, що досягають берега. Це одна з причин, чому їх використовують у віддалених від берега місцях.
Коливальний стовп води (OWC) є особливим типом точкового поглинача. Він також схожий на буй, але замість вільно плаваючого внутрішнього циліндра він має стовп води, який піднімається і опускається разом з хвилями. Рух води штовхає стиснене повітря через отвір для приводу поршня.
2 - Термінатори генерують хвильову електроенергію зі стисненого повітря
Термінатори можуть розташовуватися на березі або поблизу берегової лінії. В основному вони являють собою довгі труби, і коли вони розміщуються в морі, вони захоплюють воду через підземні отвори портів. Трубки закріплені на якорі, щоб поширюватися у напрямку хвильового руху, а підйом і падіння поверхні океану штовхає колону захопленого повітря через невеликий отвір для приведення турбіни. Розташовуючись на суші, хвилі, що падають на пляж, рухають процес, тому отвори розташовані в кінцях труб. Кожен термінатор може генерувати потужність в діапазоні від 500 кіловат до 2 мегават, залежно від умов хвилі. Цього достатньо для цілого мікрорайону.
3 - Атенюатори - це багатосегментні хвильові перетворювачі енергії
Як і термінатори, аттенюатори - це довгі трубки, які розташовані перпендикулярно руху хвилі. Вони закріплені на одному кінці і побудовані в сегментах, які рухаються відносно один одного під час проходження хвилі. Рух приводить у рух гідравлічний поршень або інший механічний пристрій, розташований на кожному сегменті, а енергія приводить в рух турбіну, яка, в свою чергу, виробляє електроенергію.
4 - Пристрої для перекриття схожі на міні-гідроелектростанції
Пристрої для перекриття довгі і простягаються перпендикулярно напрямку руху хвилі. Вони утворюють бар'єр, подібний до морської стіни або дамби, який збирає воду. Рівень води підвищується з кожною хвилею, що падає, і, падаючи знову, він приводить в дію турбіни, що виробляють електроенергію. Загальна дія приблизно така ж, як і в гідроелектростанціях. Турбіни та трансмісійне обладнання часто розміщуються на офшорних платформах. Пристрої для перевантаження також можна сконструювати на суші, щоб уловлювати енергію хвиль, що падають на пляж.
Проблеми з генеруванням хвилі
Незважаючи на очевидні обіцянки потужності хвиль, розвиток значно відстає від розвитку сонячної та вітрової енергії. Масштабні комерційні установки все ще залишаються майбутнім. Деякі експерти з енергетики порівнюють стан хвильової електрики зі станом сонячної та вітрової електрики 30 років тому. Частина причин для цього закладена в природі океанічних хвиль. Вони нерегулярні і непередбачувані. Висота хвиль та їхній період, тобто простір між ними, може змінюватися залежно від дня або навіть від години до години.
Ще однією проблемою є передача потужності. Потужність хвилі не може служити жодним цілям, поки вона не передається на берег. Більшість ВЕС мають трансформатори для підвищення напруги для більш ефективної передачі по підводних лініях електропередач. Ці лінії електропередач, як правило, лежать на морському дні, і їх встановлення значно збільшує вартість станції генерації хвилі, особливо коли станція розташована далеко від берега. Більше того, існує певна втрата потужності, пов'язана з будь-яким передаванням електричної енергії.
