VIĻŅU ENERĢIJA: VĒSTURE, KĀ TĀ DARBOJAS, PRIEKŠROCĪBAS, TRŪKUMI - VIDE - 2025

Viļņu enerģija vai viļņveidīgi - jauda ir mehāniskā enerģija, kas ražota ar viļņa un kas tiek pārvērsta elektriskajā enerģijā. Tā ir ūdens kinētiskā enerģija, ko rada vēja enerģija, berzējot to ar ūdenstilpņu virsmu.

Šī kinētiskā enerģija ar turbīnu palīdzību tiek pārveidota par elektrisko enerģiju, kas ir atjaunojama un tīra enerģija. Šīs enerģijas izmantošanas vēsture aizsākās deviņpadsmitajā gadsimtā, bet tas sāk parādīties divdesmitā gadsimta beigās.

Viļņu spēks. Avots: Mostafameraji

Mūsdienās ir ierosināts liels skaits sistēmu, lai izmantotu viļņu enerģijas formas. Tie ietver viļņu svārstības, viļņu šoku vai spiediena izmaiņas zem viļņa.

Šo sistēmu vispārējais princips ir līdzīgs, un to veido tādu ierīču projektēšana, kas viļņu kinētisko enerģiju pārveido mehāniskajā un pēc tam elektriskajā enerģijā. Tomēr dizains un ieviešana ir ļoti mainīga, un to var uzstādīt piekrastē vai jūrā.

Iekārtas var būt iegremdētas, daļēji iegremdētas, peldošas vai uzbūvētas uz krasta līnijas. Ir tādas sistēmas kā Pelamis, kurās viļņu kustība uz augšu aktivizē hidrauliskās sistēmas ar vilci, kas aktivizē motorus, kas savienoti ar elektriskajiem ģeneratoriem.

Citi izmanto viļņu spēka priekšrocības, laužoties krastā, vai nu spiežot hidrauliskos virzuļus vai gaisa kolonnas, kas kustina turbīnas (piemērs: OWC sistēma, svārstīga ūdens kolonna).

Citās konstrukcijās viļņa spēks tiek izmantots, laužoties krastā, lai to novirzītu un piepildītu tvertnes. Pēc tam uzkrātā ūdens potenciālā enerģija tiek izmantota turbīnu pārvietošanai ar gravitācijas palīdzību un elektroenerģijas ražošanai.

Viļņu enerģijai ir neapšaubāmas priekšrocības, jo tā ir atjaunojama, tīra, bez maksas un tai ir maza ietekme uz vidi. Tomēr tas ietver dažus trūkumus, kas saistīti ar vides apstākļiem, kādos iekārta darbojas, un viļņu īpašībām.

Jūras vides apstākļi pakļauj struktūras korozijai, ko rada sālskābe, jūras faunas iedarbībai, lielam saules starojumam, vējam un vētrām. Tāpēc atkarībā no sistēmas veida darba apstākļi var būt sarežģīti, īpaši zemūdens vai noenkurotās jūras sistēmās.

Tāpat uzturēšana maksā dārgi, īpaši ārzonu sistēmās, jo enkuri ir periodiski jāpārbauda. No otras puses, atkarībā no sistēmas un teritorijas, tie var negatīvi ietekmēt laivošanu, makšķerēšanu un atpūtas aktivitātes.

Vēsture

Tam ir bijuši priekšteči 19. gadsimtā, kad spānis Hosē Barrufets patentēja to, ko viņš sauca par “marmotoru”. Šī mašīna ražoja elektrību no viļņu vertikālās svārstības, un tā netika komercializēta līdz 20. gadsimta 80. gadiem.

Barrufeta aparāts sastāvēja no virknes boju, kas svārstījās augšup un lejup ar viļņiem, vadot elektrisko ģeneratoru. Sistēma nebija ļoti efektīva, taču, pēc izgudrotāja domām, tā varēja radīt 0,36 kW jaudu.

Mūsdienās ir vairāk nekā 600 patentu, lai izmantotu viļņu spēku, lai ģenerētu elektrisko enerģiju. Tie var darboties, izmantojot spēku, ko rada vertikālas svārstības, vai tādu, ko rada viļņa trieciens krastā.

Kā darbojas viļņu enerģija?

Pelamis pārveidotājs Peniche, Portugālē. Avots: diploms Ing. Guido Grassow

Viļņu enerģijas sistēmu darbība ir atkarīga no kustības, kuru vēlaties izmantot no viļņiem. Krastā ir peldošas vai noenkurotas sistēmas, kas izmanto ūdens vertikālās svārstības, bet citas uztver viļņu trieciena spēku krastā.

Tāpat ir tādi, kas izmanto spiediena izmaiņas zem viļņa virsmas. Dažos gadījumos viļņu kinētiskā enerģija ļauj uzglabāt jūras ūdeni un izmantot tā potenciālo enerģiju (gravitācijas kritums), lai aktivizētu elektriskās turbīnas.

Citās sistēmās viļņu mehāniskā enerģija rada hidraulisko virzuļu vai gaisa masu kustības, kas aktivizē hidrauliskos motorus vai turbīnas, lai ģenerētu elektrību.

- Peldošas vai noenkurotas sistēmas krastā

Šīs sistēmas var būt daļēji iegremdētas vai iegremdētas, un tās var izmantot svārstīgo kustību priekšrocības, ko rada sauszemes viļņi. Dažas sistēmas izmanto virsmas uzbriešanas spēku, bet citas - dziļu kustību.

Virsma uzbriest

Ir šarnīrveida segmentu sistēmas, piemēram, Pelamis vai "jūras čūska", kurās viļņi pārvietojas šarnīrveida moduļus, kas aktivizē hidraulisko motoru sistēmas, kas savienotas ar elektriskajiem ģeneratoriem.

Vēl viena alternatīva ir Salter Duck, kur pie ass piestiprinātās bojas veic slīpuma kustību ar viļņiem, aktivizējot arī hidrauliskos motorus. No otras puses, ir vesela virkne priekšlikumu, kuru pamatā ir bojas, kuru svārstības aktivizē arī hidrauliskās sistēmas.

Dziļa šūpojoša kustība

Arhimēdas viļņu oscilators sastāv no diviem cilindriem, kas virknē uzstādīti uz konstrukcijas, kas noenkurota jūras gultnē. Augšējā cilindrā ir sānu magnēti un tas pārvietojas vertikāli uz leju ar viļņa spiedienu.

Kad cilindrs nokrīt, tas nospiež uz apakšējā cilindra, kas satur gaisu, un, kad rodas viļņa spiediens, gaisa spiediens virza sistēmu uz augšu. Svārstīgās kustības magnetizētā cilindra vertikālā virzienā ļauj elektrību ražot ar spoles palīdzību.

Vilnis pūķis

Tas sastāv no peldošas platformas, kas piestiprināta apakšā ar spurām, kas ļauj tai saņemt ūdeni, ko pārvieto viļņi, izraisot struktūras applūšanu. Ūdens uzkrājas un pēc tam caur turbīnu tiek cirkulēts caur centrālo kolonnu.

- Piekrastes sistēmas

Šīs sistēmas ir uzstādītas piekrastē, un tās izmanto enerģiju, ko rada viļņu pārrāvums. Šo sistēmu ierobežojums ir tāds, ka tās darbojas tikai piekrastēs ar spēcīgiem viļņiem.

Kā piemēru var minēt basku inženiera Iñaki Valle izstrādāto sistēmu, kas sastāv no platformas, kas noenkurota slīpajā krastā ar magnētu uz sliedēm. Vilnis nospiež magnētu uz augšu, tas nolaižas ar gravitācijas spēku un kustība izraisa spoli, lai ražotu elektrību.

Sistēma

Tas sastāv no plākšņu sistēmas, kas svārstās uz priekšu un atpakaļ ar viļņu plūsmu un viļņu plūsmu, un šī kustība ar virzuļa sūkni aktivizē elektrisko turbīnu.

Sistēma

Šajā gadījumā runa ir par krastā noenkurotām peldošām plāksnēm, kuras saņem viļņa pārrāvuma spēku un aktivizē hidraulisko sistēmu. Hidrauliskais motors savukārt darbina turbīnu, kas ģenerē elektrību.

CETO sistēma

To veido virkne iegremdētu boju, kas noenkuroti jūras gultnē un kuru svārstības aktivizē hidrauliskos sūkņus, kas jūras ūdeni ved uz krastu. Sūknēts ūdens aktivizē turbīnu, lai ražotu elektrību.

Sistēmas, kas izmanto potenciālo enerģiju

Ir vairākas sistēmas, kas jūras ūdeni uzglabā tvertnēs un pēc gravitācijas spēka var aktivizēt Kaplan turbīnas un ģenerēt elektrību. Ūdens nonāk tvertnēs, kuras vada pats vilnis, tāpat kā TAPCHAN sistēmā (konusveida kanālu viļņu energosistēmā) vai SSG viļņu enerģijā (jūras viļņu spraugas konusa ģenerators).

Ūdens-gaisa kolonnu sistēmas

Citos gadījumos viļņu virzītais ūdens spēks tiek izmantots, lai pārvietotu gaisa kolonnu, kas, izejot caur turbīnu, ģenerē elektrību.

Piemēram, OWC (svārstīgā ūdens kolonna) sistēmā viļņu plūsmā ūdens nonāk caur kanālu un virza iekštelpu gaisu. Gaisa kolonna paceļas caur skursteni un iet caur turbīnu, lai dotos ārā.

Kad ūdens atkāpjas viļņu ieplakā, gaiss atkal nonāk skurstenī, atkal pārvietojot turbīnu. Tam ir dizains, kas liek tam virzīties vienā virzienā abās plūsmās.

Vēl viena līdzīga sistēma ir ORECON, kurā ūdens svārstības kameras iekšpusē virza pludiņu, kas savukārt nospiež gaisu, lai izietu caur turbīnu. Šī sistēma darbojas vienādi, pārvietojot gaisu abos virzienos.

Priekšrocība

Viļņu ferma. Avots: P123

Atjaunojamā enerģija

Tā ir enerģija no praktiski neizsmeļamiem dabiskiem avotiem, piemēram, okeāna viļņiem.

Enerģijas avots ir bezmaksas

Viļņu enerģijas avots ir okeāna viļņi, par kuriem nekāda ekonomiska atbildība netiek īstenota.

Tīra enerģija

Viļņu enerģija nerada atkritumus, un arī sistēmas, kas līdz šim ierosinātas to izmantošanai, procesā nerada attiecīgus atkritumus.

Zema ietekme uz vidi

Jebkura iejaukšanās ūdens vai piekrastes vidē rada zināmu ietekmi uz vidi, bet lielākajai daļai ierosināto sistēmu ir maza ietekme.

Asociācija ar citiem produktīviem mērķiem

Dažas viļņu enerģijas sistēmas ļauj iegūt jūras ūdeni, lai veiktu atsāļošanas procesus un iegūtu dzeramo ūdeni, vai ūdeņraža ražošanai.

Piemēram, tie, kuru darbība ir saistīta ar jūras ūdens savākšanu un uzkrāšanu piekrastē, piemēram, TAPCHAN un SSG Wave Energy.

Trūkumi

Lielākā daļa trūkumu nav absolūti, bet ir atkarīgi no konkrētās viļņu sistēmas, kuru mēs novērtējam.

Viļņu spēks un regularitāte

Enerģijas ražošanas ātrums ir atkarīgs no viļņu nejaušas izturēšanās regularitātes un stipruma ziņā. Tāpēc jomas, kurās šīs enerģijas izmantošana var būt efektīva, ir ierobežota.

Viļņa amplitūda un virziens mēdz būt neregulārs, tāpēc ienākošā jauda ir nejauša. Tas aparātam apgrūtina maksimālu veiktspējas sasniegšanu visā frekvenču diapazonā, un enerģijas pārveidošanas efektivitāte nav augsta.

Apkope

Iesaistīto konstrukciju uzturēšana rada zināmas grūtības un izmaksas, ņemot vērā jūras salpetra korozīvo iedarbību un pašu viļņu iedarbību. Jūras un zemūdens objektu uzturēšanas izmaksas palielina piekļuves grūtības un nepieciešamība periodiski uzraudzīt.

Klimatiskie un vides apstākļi kopumā

Viļņu enerģijas uztveršanas un pārveidošanas elektriskās struktūras ir pakļautas ekstremāliem jūras vides apstākļiem. To skaitā ir mitrums, saldskābā tēja, vēji, lietus, vētras, viesuļvētras.

Vētras nozīmē, ka ierīcei ir jāiztur slodzes, kas ir 100 reizes lielākas par nominālo, kas var izraisīt aprīkojuma bojājumus vai pilnīgu bojājumu.

Jūras dzīve

Jūras dzīvība ir arī faktors, kas var ietekmēt tādu aprīkojumu kā lielu dzīvnieku (haizivis, vaļveidīgie) funkcionalitāti. No otras puses, gliemenes un aļģes pielīp pie iekārtas virsmas, izraisot ievērojamu nolietošanos.

Sākotnējās investīcijas

Sākotnējie ekonomiskie ieguldījumi ir nepieciešami nepieciešamā aprīkojuma un tā uzstādīšanas grūtību dēļ. Iekārtām nepieciešami īpaši materiāli un pārklājumi, hermētiskas un stiprināšanas sistēmas.

Ietekme uz antropiskajām darbībām

Atkarībā no izmantotās sistēmas veida tie var ietekmēt navigāciju, makšķerēšanu un tūristu piesaisti attiecīgajā apgabalā.

Valstis, kas izmanto viļņu enerģiju

Motrico Wave spēkstacija (Spānija). Avots: Txo

Spānija

Kaut arī viļņu enerģijas ziņā Vidusjūras potenciāls ir zems, Kantabrijas jūrā un Atlantijas okeānā tas ir ļoti augsts. Basku pilsētā Mutriku ir spēkstacija, kas uzcelta 2011. gadā ar 16 turbīnām (300kW jauda).

Santoñā (Kantabrijā) ir vēl viena viļņu elektrostacija, kas izmanto 10 iegremdētas bojas, lai izmantotu viļņu vertikālās svārstību enerģiju un ģenerētu elektrību. Kanāriju salās ir vairāki projekti, lai palielinātu viļņu enerģiju to piekrastes labvēlīgo apstākļu dēļ.

Portugāle

2008. gadā uzņēmums Ocean Power Delivery (OPD) uzstādīja trīs Pelamis P-750 mašīnas, kas atrodas 5 km attālumā no Portugāles krastiem. Tie atrodas netālu no Póvoa de Varim ar uzstādīto jaudu 2,25 MW.

Skotija (AK)

OWC tehnoloģija tiek izmantota Orknejas salā, kur kopš 2000. gada ir uzstādīta sistēma ar nosaukumu LIMPET. Šīs sistēmas maksimālā jauda ir 500 kW.

Dānija

2004. gadā Dānijā tika uzstādīts Wave Dragon tipa izmēģinājuma projekts, kura izmēri bija 58 x 33 m un ar maksimālo jaudu 20 KW.

Norvēģija

Notiek SSG viļņu enerģijas sistēmas stacijas uzstādīšana Svaaheia (Norvēģija).

ASV

2002. gadā Ņūdžersijā tika uzstādīts Power Buoy ierīces izmēģinājuma projekts ar jūras boja izmēru 5 m diametrā, 14 m garu un ar maksimālo jaudu 50 KW.

Oregonā Garibaldi ostā tika uzstādīta SSG Wave Energy izmēģinājuma rūpnīca. Tāpat Havaju salās tie veicina atjaunojamo enerģijas avotu izmantošanu, un Maui salas gadījumā galvenais atjaunojamais avots ir viļņu enerģija.

Atsauces

1. Amundarains M (2012). Atjaunojamā enerģija no viļņiem. Ikastorratza. Didaktikas e-žurnāls 8. Pārskatīts 2018. gada 8. martā no ehu.eus
2. Cuevas T un Ulloa A (2015). Viļņu enerģija. Parastais un atjaunojamās enerģijas tirgus seminārs būvinženieriem. Čīles Universitātes Fizisko un matemātikas fakultāte. 13 lpp.
3. Falcão AF de O (2010). Viļņu enerģijas izmantošana: tehnoloģiju pārskats. Atjaunojamās un ilgtspējīgās enerģijas atsauksmes 14: 899–918.
4. Rodríguez R un Chimbo M (2017). Viļņu enerģijas izmantošana Ekvadorā. Ingenius 17: 23-28.
5. Suarē-Kvjano E (2017). Enerģētiskā atkarība un viļņu enerģija Spānijā: lielais jūras potenciāls. Grāds ģeogrāfijā un telpiskajā plānošanā Kantabrijas Universitātes Filozofijas un vēstuļu fakultātē. 52. lpp.
6. Vicinanza D, Margheritini L, Kofoed JP un Buccino M (2012). SSG Wave enerģijas pārveidotājs: veiktspēja, statuss un jaunākās tendences. Enerģijas 5: 193-226.
   Weebly. Tiešsaistē: taperedchannelwaveenergy.weebly.com