Historie vln energie, jak to funguje, výhody, nevýhody

3093
Charles McCarthy

The vlna nebo vlnová energie Jedná se o mechanickou energii generovanou vlnami a která se transformuje na elektrickou energii. Je to kinetická energie vody, produkovaná energií větru při jeho tření s povrchem vodních ploch..

Tato kinetická energie se transformuje turbínami na elektrickou energii, která je obnovitelnou a čistou energií. Předchůdci využívání této energie sahají do 19. století, ale je na konci 20. století, kdy začíná vzlétnout..

Síla vln. Zdroj: Mostafameraji [CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0)]

Dnes existuje velké množství systémů navržených k využívání výhod vlnových energetických forem. Patří mezi ně vlnová oscilace, vlnový ráz nebo kolísání tlaku pod vlnou..

Obecný princip těchto systémů je podobný a spočívá v konstrukci zařízení, která transformují kinetickou energii vln na mechanickou energii a poté na elektrickou energii. Design a implementace jsou však velmi variabilní a lze je instalovat na pobřeží nebo na moři..

Zařízení může být ponořeno, částečně ponořeno, plovoucí nebo postaveno na pobřeží. Existují systémy, jako je Pelamis, kde pohyb vln nahoru aktivuje hydraulické systémy tahem, který aktivuje motory spojené s elektrickými generátory..

Jiní využívají sílu vln při rozbíjení na pobřeží, a to buď tlakem na hydraulické písty nebo sloupce vzduchu, které pohybují turbínami (příklad: systém OWC, oscilační vodní sloupec).

V jiných konstrukcích se síla vlny používá, když se rozbije na břeh, aby ji nasměrovala a naplnila nádrže. Následně se potenciální energie akumulované vody využívá k gravitačnímu pohybu turbín a výrobě elektrické energie..

Vlnová energie má nepochybné výhody, protože je obnovitelná, čistá, bezplatná a má malý dopad na životní prostředí. Znamená to však určité nevýhody spojené s podmínkami prostředí, ve kterých zařízení pracuje, as charakteristikami vln..

Podmínky mořského prostředí vystavují struktury korozi ledku, působení mořské fauny, silnému slunečnímu záření, větru a bouří. V závislosti na typu systému proto mohou být pracovní podmínky obtížné, zejména v ponořených nebo ukotvených pobřežních systémech..

Podobně je údržba nákladná, zejména v pobřežních systémech, protože kotvy musí být pravidelně kontrolovány. Na druhé straně mohou v závislosti na systému a oblasti negativně ovlivnit navigaci, rybolov a rekreační aktivity..

Rejstřík článků

  • 1 Historie
  • 2 Jak funguje energie vln?
    • 2.1 - Pobřežní ukotvené nebo plovoucí systémy
    • 2.2 - Pobřežní systémy
  • 3 Výhody
    • 3.1 Obnovitelná energie
    • 3.2 Zdroj energie je zdarma
    • 3.3 Čistá energie
    • 3.4 Nízký dopad na životní prostředí
    • 3.5 Sdružení s jinými produktivními účely
  • 4 Nevýhody
    • 4.1 Vlnová síla a pravidelnost
    • 4.2 Údržba
    • 4.3 Klimatické a environmentální podmínky obecně
    • 4.4 Mořský život
    • 4.5 Počáteční investice
    • 4.6 Dopad na antropické činnosti
  • 5 zemí, které používají vlnovou energii
    • 5.1 Španělsko
    • 5.2 Portugalsko
    • 5.3 Skotsko (UK)
    • 5.4 Dánsko
    • 5.5 Norsko
    • 5.6 Spojené státy
  • 6 Reference

Příběh

Má své předchůdce v 19. století, kdy Španěl José Barrufet patentoval něco, co nazval „marmotor“. Tento stroj vyráběl elektřinu ze svislé oscilace vln a komercializován byl až v 80. letech 20. století.

Barrufetův aparát sestával ze série bójí, které kmitaly s vlnami nahoru a dolů a poháněly elektrický generátor. Systém nebyl příliš efektivní, ale podle jeho vynálezce byl schopen generovat 0,36 kW.

Dnes existuje více než 600 patentů, které využívají sílu vln k výrobě elektrické energie. Mohou pracovat pomocí síly vyvolané svislou oscilací nebo silou generovanou dopadem vlny na pobřeží..

Jak funguje energie vln?

Převodník pelamisů v Peniche v Portugalsku. Zdroj: Dipl. Ing. Guido Grassow [CC BY-SA 3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)]

Provoz vlnových energetických systémů závisí na pohybu, který chcete z vln využít. Na pevnině existují plovoucí nebo ukotvené systémy, které využívají vertikální oscilace vody, zatímco jiné zachycují sílu rázu vln na pobřeží.

Podobně existují i ​​ty, které používají změnu tlaku pod povrchem vlny. V některých případech kinetická energie vln umožňuje skladování mořské vody a využití její potenciální energie (gravitační pokles) k aktivaci elektrických turbín.

V jiných systémech vytváří mechanická energie vln pohyby hydraulických pístů nebo vzduchových hmot, které aktivují hydromotory nebo turbíny k výrobě elektřiny..

- Kotvící nebo plovoucí systémy na pevnině

Tyto systémy mohou být částečně ponořené nebo ponořené a využívají výhod oscilačního pohybu způsobeného nárůstem na pevnině. Některé systémy využívají sílu povrchu bobtnat a jiné hluboký pohyb.

Povrch bobtnat

Existují systémy kloubových segmentů, jako je Pelamis nebo „mořský had“, ve kterých vlny pohybují kloubovými moduly, které aktivují systémy hydraulických motorů spojené s elektrickými generátory..

Další alternativou je Salterova kachna, kde bóje připevněné k ose provádějí výškový pohyb s vlnami, také aktivují hydromotory. Na druhou stranu existuje celá řada návrhů založených na bójkách, jejichž kmitání také aktivuje hydraulické systémy.

Hluboký kývavý pohyb

Archimédův vlnový oscilátor se skládá ze dvou válců namontovaných v sérii na konstrukci ukotvenou k mořskému dnu. Horní válec má boční magnety a pohybuje se svisle dolů s tlakem vlny.

Když válec klesá, tlačí na spodní válec, který obsahuje vzduch, a když se tlak vlny uvolní, tlak vzduchu pohání systém nahoru. Vertikální oscilační pohyb zmagnetizovaného válce umožňuje výrobu elektřiny pomocí cívky.

Wave Dragon

Skládá se z plovoucí plošiny připevněné ke dnu ploutvemi, které jí umožňují přijímat vodu pohybovanou vlnami, což způsobuje zaplavení konstrukce. Voda se hromadí a poté cirkuluje centrálním sloupem turbínou.

- Pobřežní systémy

Tyto systémy jsou instalovány na pobřeží a využívají energii generovanou rozbíjením vln. Omezením těchto systémů je, že fungují pouze na pobřeží se silnými vlnami.

Příkladem je systém navržený baskickým inženýrem Iñaki Valle, který se skládá z plošiny ukotvené ke svažitému pobřeží magnetem na kolejích. Vlna tlačí magnet nahoru, klesá gravitací a pohyb indukuje cívku k výrobě elektřiny.

Systém Wave Roller

Skládá se ze systému desek, které kmitají tam a zpět s přílivem a odlivem vln a tento pohyb pomocí pístového čerpadla aktivuje elektrickou turbínu..

Systém

V tomto případě jde o plovoucí desky ukotvené k pobřeží, které přijímají sílu rozbití vlny a aktivují hydraulický systém. Hydraulický motor zase pohání turbínu, která vyrábí elektřinu.

Systém CETO

Skládá se ze série ponořených bójí ukotvených k mořskému dnu a jejichž oscilace aktivuje hydraulická čerpadla, která dopravují mořskou vodu k pobřeží. Čerpaná voda aktivuje turbínu k výrobě elektřiny.

Systémy, které využívají potenciální energii

Existuje celá řada systémů, které akumulují mořskou vodu v nádržích a poté pomocí gravitace mohou aktivovat Kaplanovy turbíny a vyrábět elektřinu. Voda se dostává do nádrží poháněných samotnou vlnou, jako v systému TAPCHAN (Tapered Channel Wave Power System) nebo SSG Wave Energy (Sea-wave Slot-cone Generator).

Systémy sloupců voda-vzduch

V ostatních případech se síla vody poháněná vlnami používá k pohybu sloupce vzduchu, který při průchodu turbínou generuje elektřinu.

Například v systému OWC (oscilační vodní sloupec) voda ve vlnovém proudu vstupuje potrubím a řídí vnitřní vzduch. Sloupec vzduchu stoupá komínem a prochází turbínou, aby vyšel ven.

Jak voda ustupuje v přílivu vln, vzduch znovu vstupuje do komína a znovu pohybuje turbínou. To má design, díky kterému se pohybuje v obou tocích stejným směrem.

Dalším podobným systémem je ORECON, kde oscilace vody uvnitř komory pohání plovák, který zase tlačí vzduch, aby prošel turbínou. Tento systém funguje rovnoměrně pohybem vzduchu v obou směrech.

Výhoda

Vlnová farma. Zdroj: P123 [Public domain]

Obnovitelná energie

Je to energie z prakticky nevyčerpatelného přírodního zdroje, jako jsou vlny oceánu.

Zdroj energie je zdarma

Zdrojem energie vln jsou vlny oceánu, nad nimiž se nevykonává ekonomické vlastnictví.

Čistá energie

Vlnová energie nevytváří odpad a dosud navržené systémy pro její použití nevytvářejí v procesu relevantní odpad..

Nízký dopad na životní prostředí

Jakékoli interference ve vodním nebo pobřežním prostředí mají určitý dopad na životní prostředí, ale většina navrhovaných systémů má malý dopad.

Sdružení s jinými produktivními účely

Některé vlnové energetické systémy umožňují extrakci mořské vody provádět procesy odsolování a získávat pitnou vodu nebo pro výrobu vodíku.

Například ti, jejichž provoz zahrnuje zachycování a skladování mořské vody na pobřeží, jako jsou TAPCHAN a SSG Wave Energy.

Nevýhody

Většina nevýhod není absolutní, ale závisí na konkrétním vlnovém systému, který hodnotíme..

Vlnová síla a pravidelnost

Rychlost produkce energie závisí na náhodném chování vln v pravidelnosti a síle. Proto jsou oblasti, kde může být využití této energie efektivní, omezené..

Amplituda a směr vlny mají tendenci být nepravidelné, takže příchozí výkon je náhodný. To ztěžuje zařízení pro dosažení maximálního výkonu v celém frekvenčním rozsahu a účinnost přeměny energie není vysoká..

Údržba

Údržba příslušných struktur s sebou nese určité potíže a náklady vzhledem k korozivním účinkům mořského ledku a dopadu samotných vln. V případě pobřežních a ponořených zařízení se náklady na údržbu zvyšují kvůli problémům s přístupem a potřebě pravidelného dohledu..

Klimatické a environmentální podmínky obecně

Struktury pro zachycení vlnové energie a její přeměnu na elektrickou energii jsou vystaveny extrémním podmínkám v mořském prostředí. Mezi ně patří vlhkost, ledek, větry, deště, bouře, hurikány..

Bouře znamenají, že zařízení musí odolat stokrát vyšší zátěži, než je nominální, což může způsobit poškození nebo úplné poškození zařízení.

mořský život

Mořský život je také faktorem, který může ovlivnit funkčnost vybavení, jako jsou velká zvířata (žraloci, kytovci). Na druhou stranu mlži a řasy ulpívají na povrchu zařízení a způsobují významné zhoršení..

Počáteční investice

Počáteční ekonomická investice je vysoká kvůli požadovanému vybavení a obtížím s jeho instalací. Zařízení potřebuje speciální materiály a nátěry, hermetické a kotevní systémy.

Dopad na antropické činnosti

V závislosti na typu použitého systému mohou ovlivnit navigaci, rybolov a turistické atrakce v oblasti..

Země, které používají vlnovou energii

Vlnová elektrárna Motrico (Španělsko). Zdroj: Txo [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)]

Španělsko

Ačkoli je potenciál Středozemního moře z hlediska vlnové energie nízký, v Kantabrijském moři a v Atlantském oceánu je velmi vysoký. V baskickém městě Mutriku je elektrárna postavená v roce 2011 se 16 turbínami (výkon 300 kW).

V Santoñě (Cantabria) je další elektrárna s vlnami, která využívá 10 ponořených bójí k využití energie vertikální oscilace vln a výrobě elektřiny. Na Kanárských ostrovech existuje několik projektů zaměřených na zvýšení energie vln díky příznivým podmínkám jejich pobřeží.

Portugalsko

V roce 2008 společnost Ocean Power Delivery (OPD) nainstalovala tři stroje Pelamis P-750 umístěné 5 km od portugalského pobřeží. Ty se nacházejí poblíž Póvoa de Varim s instalovaným výkonem 2,25 MW.

Skotsko (UK)

Technologie OWC se používá na ostrově Orkney, kde je od roku 2000 instalován systém s názvem LIMPET. Tento systém má maximální produkci 500 KW.

Dánsko

V roce 2004 pilotní projekt typu Wave Dragon v Dánsku o rozměrech 58 x 33 ma maximálním výkonu 20 KW.

Norsko

Probíhá instalace zařízení systému SSG Wave Energy ve Svaaheii (Norsko).

USA

V roce 2002 byl v New Jersey instalován pilotní projekt zařízení Power Booy s pobřežní bójí o průměru 5 m, délce 14 m a maximálním výkonu 50 kW..

V Oregonu byla v přístavu Garibaldi instalována pilotní elektrárna SSG Wave Energy. Podobně na Havaji propagují obnovitelné zdroje energie a v případě ostrova Maui je hlavním obnovitelným zdrojem energie vln.

Reference

  1. Amundarain M (2012). Obnovitelná energie z vln. Ikastorratza. E-Journal of Didactics 8. Revised 08/03/2019 from ehu.eus
  2. Cuevas T a Ulloa A (2015). Vlnová energie. Seminář o trhu s konvenčními a obnovitelnými energiemi pro stavební inženýry. Fakulta fyzikálních a matematických věd, Chile. 13 str.
  3. Falcão AF de O (2010). Využití vlnové energie: Přehled technologií. Recenze obnovitelné a udržitelné energie 14: 899-918.
  4. Rodríguez R a Chimbo M (2017). Využití vlnové energie v Ekvádoru. Ingenius 17: 23-28.
  5. Suárez-Quijano E (2017). Energetická závislost a energie vln ve Španělsku: velký potenciál moře. Vystudoval geografii a územní plánování na Filozofické a literární fakultě University of Cantabria. 52 s.
  6. Vicinanza D, Margheritini L, Kofoed JP a Buccino M (2012). SSG Wave Energy Converter: výkon, stav a poslední vývoj. Energies 5: 193-226.
    Weebly. Online: taperedchannelwaveenergy.weebly.com

Zatím žádné komentáře