Коли вітер проходить над відкритою поверхнею озер та океанів, виникають хвилі. Енергія океанських хвиль величезна. Цю енергію океану можна використовувати за допомогою різних типів перетворювачів енергії хвиль. Деякі з переваг енергії хвиль полягають у тому, що вона безкоштовна, стійка , відновлювана та безвідходна.
Як наслідок, це може допомогти нам зменшити наш вуглецевий слід . Будучи найбільш концентрованим джерелом відновлюваної енергії на планеті з щільністю потужності значно вищою, ніж у вітрової та сонячної енергії , це також винятково.
Wщо таке хвильова енергія?
Тип енергії, що отримується від океанських або морських хвиль, відомий як хвильова енергія, енергія океану або енергія морських хвиль. Системи хвильової енергії використовують кінетичну (рухову) енергію від енергійного вертикального руху поверхневих океанських хвиль для виконання корисних завдань.
Для чого використовується енергія хвиль?
Уловлена хвильова енергія використовується для різноманітних корисних завдань, таких як створення електроенергії, опріснення води та закачування води в резервуари.
Як генерується хвильова енергія?
Рух плаваючих об'єктів, розташованих на поверхні океану, вгору-вниз генерує силу хвиль. Іншими словами, вітер створює хвилі, які потім створюють енергію. Сучасна технологія використовує природні рухи водних течій і хвилі для генерування енергії, коли хвилі рухаються над океаном.
Що таке? Wave Energy Converter?
Кінетична та потенційна енергія, пов’язана з рухомою океанською хвилею, перетворюється на придатну для використання механічну або електричну енергію за допомогою машин, які називаються перетворювачами хвильової енергії (WEC).
Перетворювачі хвильової енергії можуть виробляти чисту енергію для різноманітних цілей, включаючи перекачування для опріснення солоної води або рух підводних апаратів. Кількість енергії океану в цій формі є найбільшим оціненим світовим ресурсом.
Типи перетворювачів хвильової енергії
Нижче наведено деякі з різних технологій, які використовуються для хвильової енергії.
- Атенюатори
- Точкові поглиначі
- Перетворювач перенапруг коливальної хвилі
- Коливання водяного стовпа
- Пристрій Overtopping/Terminator
- Занурений перепад тиску
- Випукла хвиля
- Обертова маса
1. Атенюатори
Атенюатор — це плаваючий об’єкт, який ефективно гасить хвилі, працюючи паралельно напрямку хвилі. Відносна швидкість двох рук, коли хвиля проходить повз них, використовується для живлення цих гаджетів.
Вони залежать від згинання з’єднань для забезпечення потужності, і їх конструкції зазвичай (але не завжди) є модульними. Уявіть собі дві баржі, з’єднані разом, щоб утворити крила.
Ці гаджети намагаються скористатися перевагами різноманітних трансляцій руху, включаючи, наприклад, хвилю, коливання та підйом. Щоб максимізувати потужність певного хвильового середовища, домінуюча довжина хвилі є вирішальним фактором у цих пристроях.
2. Точкові поглиначі
Точковий поглинач — це плаваючий об’єкт, який рухається на поверхні води або близько до неї та поглинає енергію з усіх боків. Він генерує електроенергію від руху стрибучої вершини навколо основи. Залежно від того, як налаштовані витіснювачі та реактори, можливі різні системи відбору потужності.
Ці плаваючі конструкції використовують рух хвилі в одному місці та мають обмежений горизонтальний розмір порівняно з вертикальним розміром. Більшість конструкцій точкових поглиначів нагадують принаймні стандартний буй.
Точковий поглинач часто конструюють із закріпленим одним кінцем (або, принаймні, закріпленим на поверхні води), а іншим кінцем, що рухається вертикально, коли гребені хвиль і западини піднімають і опускають пристрій.
Лінійний генератор або рідинний насос можуть приводитися в дію за рахунок зворотно-поступального руху, що може генерувати корисну потужність. Цей пристрій використовує рух вгору-вниз, викликаний океанськими хвилями. Одним із найпоширеніших мотивів дизайну, який сьогодні використовується в морській енергетичній промисловості, є точкові поглиначі.
3. Перетворювач перенапруг коливальної хвилі
Хвильові перенапруги та рух молекули води перетворюються в енергію коливальними хвильовими перетворювачами перенапруги. У відповідь на рух води у хвилях рука коливається вперед-назад, як маятник, розташований на шарнірі.
Майже завжди повністю занурені, ці пристрої часто стоять на морському дні на мілководді, можливо, навіть у більш небезпечних зонах хвилерізів.
Найпростішою конструкцією є маятниковий важіль, який обертається на шарнірному з’єднанні та коливається вперед-назад завдяки хвильовому руху, що діє на нього. Рух заслінки може бути механічно пов’язаний з генератором для вироблення електроенергії або насосом для нагнітання рідини, оскільки він поводиться як великий важіль.
4. Коливання водяного стовпа
На поверхні води коливальні стовпи води (OWC) часто мають форму «L». Порожниста, частково занурена структура, відома як коливальний водяний стовп. Він містить стовп повітря поверх стовпа води та відкритий до океану під поверхнею води.
Стовп повітря стискається і розтискається в результаті хвиль, що піднімають і опускають стовп води. У цій концепції двонаправлена повітряна турбіна, розташована на верхній частині платформи, затримує повітря в камері між поверхнею води та нею.
Зворотно-поступальний рух хвиль діє як поршень на повітря в камері, коли вони проходять під апаратом, збільшуючи та зменшуючи там тиск.
Повітря стискається, а тиск у камері підвищується в результаті підвищення рівня води та гребеня хвилі, що змушує турбіну обертатися.
Коли рівень води відступає від дна хвилі, він створює невеликий вакуум усередині камери та втягує повітря через турбіну ззовні, повертаючи її знову.
Первинний вал двонаправленої турбіни обертається в одному напрямку, дозволяючи їй рухати транспортний засіб, навіть якщо лопаті турбіни на обох кінцях можуть обертатися в протилежних напрямках.
5. Пристрій Overtopping/Terminator
Хвилі, що вриваються в резервуар-сховище, вловлюються пристроями, які перекривають його. Після вироблення електроенергії звичайною турбіною з низьким напором вода повертається в море. «Колектори» можуть використовуватися переливним пристроєм для концентрації енергії хвилі.
Цей перетворювач піднімає об’єм води на висоту над поверхнею океану, щоб використати різницю потенційної енергії. Ці гаджети імітують хвильову активність, яку зазвичай можна побачити на пляжі.
Хвилі фокусуються плаваючими, витягнутими руками, щоб вони збільшувалися у висоту, коли вони наближалися до рукотворного «пляжу» в середині пристрою. Хвилі, що врізаються в штучний пляж, піднімаються по рампі та потрапляють у резервуар для зберігання, який підноситься над навколишнім рівнем моря.
Гравітація допомагає рідині текти звідси вниз, і цей потік потім використовується для приводу турбіни. Ці конструкції кількома способами нагадують техніку будівництва гідроелектростанцій.
Майте на увазі, що для максимальної ефективності ці перетворювачі хвильової енергії повинні відкалібруватися відповідно до висоти хвиль, що наближаються. Хоча деякі з цих гаджетів були модифіковані для використання в морі, найчастіше їх знаходять поблизу берега.
6. Занурений перепад тиску
Прилади для вимірювання перепадів тиску під водою зазвичай закріплюють на морському дні поблизу узбережжя. Ґаджет відчуває різницю тиску внаслідок швидкості хвилі, яка спричиняє підвищення та опускання рівня моря над ним. Рідина в системі циркулює через змінний тиск для виробництва електроенергії.
Існує два різновиди цього типу перетворювача хвильової енергії. Один тип пристроїв лежить на морському дні або поблизу нього та використовує зміни тиску, викликані хвилями, щоб стискати рідину та згинати гнучкий матеріал, як-от повітряний міхур, для приводу турбіни чи іншого пристрою відбору потужності.
Інший вид занурений і нагадує точковий поглинач. Цей вид використовує хвилі для переміщення плавучого зануреного поплавця та лінійний генератор для перетворення зворотно-поступального руху в енергію.
7. Технологія Bulge Wave
Технологія Bulge wave використовує заповнену водою гумову трубку, яка прив’язана до дна океану та спрямована до хвиль. Вода надходить через корму, і коли повз неї проходять хвилі, тиск всередині труби змінюється, в результаті чого утворюється опуклість.
Опуклість розширюється, коли вона рухається через трубу, накопичуючи енергію, яка може бути використана для живлення типової турбіни з низьким напором у носовій частині, де вода згодом закачується назад у воду.
8. Обертова маса
Перетворювачі енергії масової хвилі, що обертаються, зазвичай є поверхневими райдерами, які живлять обертовий генератор змінного струму з внутрішньою вагою, що обертається навколо фіксованого положення. Апарат рухається хвилями, здіймаючи та гойдаючись у двох напрямках, захоплюючи при цьому енергію.
Прецесія спричинена цим рухом, що керує або ексцентричною вагою, або гіроскопом. В обох випадках рух підключено до джерела живлення всередині пристрою.
Маса, що обертається, обертається навколо своєї осі, щоб знайти нову центральну точку, коли дифферент і крен судна коливаються в результаті зсуву центру плавучості та центру ваги, викликаного розгойдуванням океанських хвиль.
Хвилі змушують пристрій постійно обертатися та коливатися, що змушує масу постійно обертатися, щоб знайти рівновагу, одночасно виробляючи електроенергію.
Висновок
Чому хвильова енергія ще не злетіла?
Одна проблема полягає просто в тому, що океан є дуже суворим середовищем; встановлення та подальше обслуговування пристрою в океані є складним і дорогим. З тієї ж причини складно створити систему захоплення хвильової енергії, яка матиме достатньо довгий термін служби, щоб виправдати початкові капітальні витрати.
Інша проблема полягає в тому, що, на відміну від інших відновлюваних джерел енергії, поки що немає єдиного «улюбленого» дизайну, тому ресурси розпорошуються між широким спектром надзвичайно різноманітних технологій.
Однак, захоплення енергії хвиль має великий потенціал, оскільки це не лише надійне джерело енергії, але й найвища щільність енергії серед усіх відновлюваних джерел. Тільки з цієї причини ми вважаємо, що енергія хвиль зрештою відіграватиме значну роль у сталому постачанні енергії для всієї планети.