VALOVNA ENERGIJA: ZGODOVINA, KAKO DELUJE, PREDNOSTI, SLABOSTI - OKOLJE - 2025

Valov ali val - moč je mehanska energija , ki jih je val in ki se pretvori v električno energijo. To je kinetična energija vode, ki jo proizvaja energija vetra pri trenju s površino vodnih teles.

To kinetično energijo turbine pretvorijo v električno energijo, ki je obnovljiva in čista energija. Zgodovina uporabe te energije sega v devetnajsto stoletje, vendar je konec dvajsetega stoletja, ko začne cveteti.

Moč valov. Vir: Mostafameraji

Danes je na voljo veliko število sistemov, ki izkoriščajo oblike valovne energije. Sem spadajo nihanje valovanja, udar valov ali spremembe tlaka pod valom.

Splošno načelo teh sistemov je podobno in je sestavljeno iz načrtovanja naprav, ki kinetično energijo valov pretvorijo v mehansko in nato v električno. Vendar pa je zasnova in izvedba zelo spremenljiva in jo je mogoče namestiti na obali ali na morju.

Oprema je lahko potopljena, pol potopljena, lebdeča ali zgrajena na obali. Obstajajo sistemi, kot je Pelamis, kjer gibanje valov navzgor aktivira hidravlične sisteme s potiskom, ki aktivirajo motorje, povezane z električnimi generatorji.

Drugi izkoriščajo silo valovanja, ko lomijo obalo, bodisi s potiskanjem hidravličnih batov ali zračnih stolpcev, ki premikajo turbine (Primer: sistem OWC, oscilirajoči vodni stolpec).

V drugih izvedbah se sila vala uporablja, ko se lomi na obali, da jo usmeri in napolni rezervoarje. Nato se potencialna energija shranjene vode uporablja za premikanje turbin z gravitacijo in za ustvarjanje električne energije.

Energija valov ima nedvomne prednosti, saj je obnovljiva, čista, brezplačna in ima majhen vpliv na okolje. Vendar pa vključuje nekatere pomanjkljivosti, povezane z okoljskimi razmerami, v katerih oprema deluje, in značilnostmi valov.

Pogoji morskega okolja so strukture podvrženi koroziji iz solne peterice, delovanju morske favne, visokemu sončnemu sevanju, vetru in nevihtam. Zato so lahko delovne razmere, odvisno od vrste sistema, težke, zlasti v potopljenih ali zasidranih sistemih na morju.

Prav tako je vzdrževanje drago, zlasti v obalnih sistemih, saj je treba sidra občasno preverjati. Po drugi strani pa lahko, odvisno od sistema in območja, negativno vplivajo na čolnarjenje, ribolov in rekreacijske dejavnosti.

Zgodovina

Predstave ima v 19. stoletju, ko je španski José Barrufet patentiral, kar je imenoval "marmotor". Ta stroj je proizvajal električno energijo iz navpičnega nihanja valov in ni bil tržen do 80. let 20. stoletja.

Barrufetov aparat je bil sestavljen iz vrste boje, ki so z valovi nihale navzgor in navzdol, pri čemer so poganjale električni generator. Sistem ni bil zelo učinkovit, vendar je po besedah ​​izumitelja zmogel ustvariti 0,36 kW.

Danes obstaja več kot 600 patentov, ki izkoriščajo silo valov za ustvarjanje električne energije. Te lahko delujejo s silo, ki nastane zaradi navpičnega nihanja ali ki nastane pri udarcu vala na obalo.

Kako deluje valovna energija?

Pelamisov pretvornik v Penicheju na Portugalskem. Vir: dipl.inž. Guido Grassow

Delovanje valovnih sistemov moči je odvisno od gibanja, ki ga želite izkoristiti iz valov. Na kopnem obstajajo plavajoči ali zasidrani sistemi, ki izkoristijo vertikalno nihanje vode, drugi pa ujamejo silo sunkov valov na obali.

Prav tako obstajajo tisti, ki uporabljajo variacijo tlaka pod površino vala. V nekaterih primerih kinetična energija valov omogoča shranjevanje morske vode in izkoriščanje njene potencialne energije (gravitacijski padec) za aktiviranje električnih turbin.

V drugih sistemih mehanska energija valov proizvaja gibanje hidravličnih batov ali zračnih mas, ki aktivirajo hidravlične motorje ali turbine za ustvarjanje električne energije.

- plavajoči ali zasidrani sistemi na kopnem

Ti sistemi so lahko potopljeni ali potopljeni in izkoristijo nihajno gibanje, ki ga povzročajo kopni valovi. Nekateri sistemi uporabljajo silo površinskega nabrekanja, drugi pa globoko gibanje.

Površina nabrekne

Obstajajo sistemi zgibnih segmentov, na primer Pelamis ali "morska kača", v katerih valovi premikajo zgibne module, ki aktivirajo hidravlične motorne sisteme, povezane z električnimi generatorji.

Druga možnost je Salter Duck, kjer boje, pritrjene na os, izvajajo premikanje z valovi, ki aktivirajo tudi hidravlične motorje. Po drugi strani pa obstaja cela vrsta predlogov, ki temeljijo na bojeh, katerih nihanje aktivira tudi hidravlične sisteme.

Globoko zibanje

Archimedeov valovni oscilator je sestavljen iz dveh cilindrov, ki so serijsko nameščeni na konstrukciji, pritrjeni na morsko dno. Zgornji valj ima stranske magnete in se s pritiskom vala pomika navpično navzdol.

Ko se jeklenka spusti, pritisne na spodnji valj, ki vsebuje zrak, in ko pritisk vala zračni tlak, sistem požene sistem navzgor. Nihajno gibanje v navpični smeri magnetiziranega valja omogoča ustvarjanje električne energije s pomočjo tuljave.

Valovni zmaj

Sestavljen je iz plavajoče ploščadi, vezane na dno s plavuti, ki mu omogočajo, da sprejme vodo, ki jo premikajo valovi, kar povzroči poplavo strukture. Voda se nabira in se skozi turbino kroži skozi osrednji steber.

- obalni sistemi

Ti sistemi so nameščeni na obali in izkoriščajo energijo, ki nastane z lomljenjem valov. Omejenost teh sistemov je, da delujejo le na obalah z močnimi valovi.

Primer je sistem, ki ga je zasnoval baskovski inženir Iñaki Valle, ki ga sestavlja platforma, zasidrana na poševni obali z magnetom na tirnicah. Val potisne magnet navzgor, spušča se gravitacijsko in gibanje sproži tuljavo za proizvodnjo električne energije.

Sistem

Sestavljen je iz sistema plošč, ki nihajo naprej in nazaj z udarcem in pretokom valov in to gibanje s pomočjo batne črpalke aktivira električno turbino.

Sistem

V tem primeru gre za plavajoče plošče, zasidrane na obali, ki prejemajo silo loma vala in aktivirajo hidravlični sistem. Hidravlični motor pa poganja turbino, ki proizvaja električno energijo.

Sistem CETO

Sestavljen je iz vrste potopljenih boj, pritrjenih na morsko dno in katerih nihanje aktivira hidravlične črpalke, ki morsko vodo prenašajo na obalo. Črpana voda aktivira turbino za proizvodnjo električne energije.

Sistemi, ki izkoriščajo potencialno energijo

Obstaja več sistemov, ki hranijo morsko vodo v rezervoarjih in nato z gravitacijo lahko aktivirajo Kaplanove turbine in proizvajajo električno energijo. Voda doseže rezervoarje, ki jih poganja sam val, kot v sistemu TAPCHAN (Tapered Channel Power Power System) ali SSG Wave Energy (Sea-wave Slot-cone Generator).

Sistemi vodnih in zračnih stolpcev

V drugih primerih se sila vode, ki jo poganjajo valovi, uporablja za premikanje stolpca zraka, ki pri prehodu skozi turbino ustvarja električno energijo.

Na primer, v sistemu OWC (Oscilirajoči vodni stolpec) voda v valovnem toku vstopi skozi kanal in poganja zrak v zaprtih prostorih. Zračni steber se dvigne skozi dimnik in skozi turbino preide ven.

Ko se voda umakne v sunkih valov, zrak ponovno vstopi v dimnik in znova premakne turbino. Ta ima obliko, zaradi katere se premika v isto smer v obeh tokovih.

Drug podoben sistem je ORECON, kjer nihanje vode znotraj komore poganja plovec, ki pritiska zrak, da prehaja skozi turbino. Ta sistem deluje enakovredno s premikanjem zraka v obe smeri.

Prednost

Kmetija valov. Vir: P123

Obnovljiva energija

To je energija iz skoraj neizčrpnega naravnega vira, kot so oceanski valovi.

Vir energije je brezplačen

Vir energije valov so oceanski valovi, nad katerimi se ne izvaja nobenega gospodarskega lastništva.

Čista energija

Valovna energija ne ustvarja odpadkov in doslej predlagani sistemi za njeno uporabo ne ustvarjajo ustreznih odpadkov.

Nizek vpliv na okolje

Vsako vmešavanje v vodno ali obalno okolje povzroči določen vpliv na okolje, vendar je večina predlaganih sistemov majhna.

Združenje z drugimi produktivnimi nameni

Nekateri valovni elektroenergetski sistemi omogočajo črpanje morske vode za postopke razsoljevanja in pridobivanje pitne vode ali za proizvodnjo vodika.

Na primer tisti, katerih delovanje vključuje zbiranje in shranjevanje morske vode na obali, na primer TAPCHAN in SSG Wave Energy.

Slabosti

Večina pomanjkljivosti ni absolutnih, ampak je odvisna od specifičnega valovnega sistema, ki ga ocenjujemo.

Valovna sila in pravilnost

Hitrost proizvodnje energije je odvisna od naključnega vedenja valov v pravilnosti in jakosti. Zato so območja, kjer je uporaba te energije lahko učinkovita, omejena.

Amplituda in smer valovanja sta ponavadi nepravilni, zato je dohodna moč naključna. To otežuje aparaturo največjo zmogljivost v celotnem frekvenčnem območju, učinkovitost pretvorbe energije pa ni visoka.

Vzdrževanje

Vzdrževanje zadevnih struktur povzroča določene težave in stroške glede na korozivne učinke morske soline in vpliv valov. V primeru priobalnih in potopljenih objektov se stroški vzdrževanja povečajo zaradi težav z dostopom in potrebe po rednem nadzoru.

Podnebne in okoljske razmere na splošno

Strukture za zajem valovne energije in pretvorbo v električno energijo so podvržene ekstremnim razmeram v morskem okolju. Mednje spadajo vlaga, solno vetra, vetrovi, deževi, nevihte, orkani.

Nevihte pomenijo, da mora naprava prenesti obremenitve 100-krat večje od nazivne, kar lahko povzroči škodo ali popolno škodo na opremi.

Morsko življenje

Morsko življenje je tudi dejavnik, ki lahko vpliva na funkcionalnost opreme, kot so velike živali (morski psi, kitovi). Po drugi strani se školjke in alge lepijo na površino opreme, kar povzroča znatno poslabšanje.

Začetna naložba

Začetna gospodarska naložba je velika, zaradi potrebne opreme in težav pri njeni namestitvi. Oprema potrebuje posebne materiale in prevleke, hermetične in sidrne sisteme.

Vpliv na antropske dejavnosti

Glede na vrsto uporabljenega sistema lahko vplivajo na plovbo, ribolov in turistično privlačnost na območju.

Države, ki uporabljajo valovno energijo

Elektrarna Motrico Wave (Španija). Vir: Txo

Španija

Čeprav je potencial Sredozemskega morja majhen glede na energijo valov, je v Kantabrijskem morju in v Atlantskem oceanu zelo velik. V baskovskem mestu Mutriku je leta 2011 zgrajena elektrarna s 16 turbinami (moč 300kW).

V Santoniji (Cantabria) je še ena valovna elektrarna, ki uporablja 10 potopljenih bojev, da izkoristi energijo navpičnega nihanja valov in proizvede elektriko. Na Kanarskih otokih je več projektov za povečanje energije valov zaradi ugodnih pogojev njihovih obal.

Portugalska

Leta 2008 je podjetje Ocean Power Delivery (OPD) namestilo tri stroje Pelamis P-750, ki se nahajajo 5 km od portugalske obale. Ti se nahajajo v bližini Póvoa de Varim, z nameščeno zmogljivostjo 2,25 MW.

Škotska (Združeno kraljestvo)

OWC tehnologija se uporablja na otoku Orkney, kjer je bil od leta 2000 nameščen sistem, imenovan LIMPET. Ta sistem ima največjo proizvodnjo 500 KW.

Danska

Leta 2004 je bil na Danskem nameščen pilotni projekt tipa Wave Dragon, katerega dimenzije so bile 58 x 33 m in največja moč 20 KW.

Norveška

Vgradnja naprave za sistem SSG Wave Energy v Svaaheiji (Norveška) je v teku.

ZDA

Leta 2002 je bil v New Jerseyju postavljen pilotni projekt naprave Power Buoy, katerega morski plov je bil premera 5 m, dolžine 14 m in največje moči 50 KW.

V Oregonu so v pristanišču Garibaldi postavili pilotno napravo SSG Wave Energy. Prav tako na Havajih spodbujajo obnovljive vire energije, v primeru otoka Maui pa je glavni obnovljivi vir valovna energija.

Reference

1. Amundarain M (2012). Obnovljiva energija iz valov. Ikastorratza. E-časopis za didaktiko 8. Revidirano 03.03.2019 iz ehu.eusa
2. Cuevas T in Ulloa A (2015). Valovna energija. Seminar za konvencionalne in obnovljive vire energije za gradbene inženirje. Fakulteta za fizike in matematiko, Univerza v Čilu. 13 str.
3. Falcão AF de O (2010). Izkoriščanje energije valov: pregled tehnologij. Recenzije o obnovljivi in ​​trajnostni energiji 14: 899–918.
4. Rodríguez R in Chimbo M (2017). Uporaba valovne energije v Ekvadorju. Ingenius 17: 23–28.
5. Suárez-Quijano E (2017). Energetska odvisnost in energija valov v Španiji: velik potencial morja. Diploma iz geografije in prostorskega načrtovanja, Filozofska fakulteta in pisma, Univerza v Kantabriji. 52 str.
6. Vicinanza D, Margheritini L, Kofoed JP in Buccino M (2012). Pretvornik energije SSG Wave: Zmogljivost, stanje in najnovejše spremembe. Energije 5: 193-226.
   Weebly. Na spletu: taperedchannelwaveenergy.weebly.com